Огнестойкое стекло «Пиран»

2. Способ изготовления  ориентированного органического стекла, включающий полимеризацию чистого метилметакрилата в массе в присутствии инициатора радикального типа и деполимеризацию, отличающийся тем, что полимеризацию проводят в присутствии поглотителя электромагнитных волн коротковолновой части ультрафиолетовой области спектра, а после дополимеризации осуществляют термообработку при температуре 145–155С с последующим охлаждением до температуры 40С и последующую ориентацию путем плоскостного растяжения листа оргстекла.

3. В качестве инициатора радикального типа применяют дициклогексил-пероксидикарбонат, дицетилпероксидикарбонат и др. в количестве 0,002–0,04 мас. ч. к метилметакрилату. В качестве поглотителя электромагнитных волн коротковолновой части ультрафиолетовой области спектра применяют фенилсалицилат, 2 – бензотриазол и др. в количестве 0,01–0,4 мас. ч. к метилметакрилату. В состав смеси вводят стеарин в количестве до 0,5 мас. ч. к метилметакрилату.

4. Способ по любому  из пп. 1–4, отличающийся тем, что деполимеризацию проводят при температуре 120–125С в течение 3–10 ч.

Способ получения органического стекла на основе метилметакрилата, включающий полимеризацию и / или сополимеризацию метилметакрилата до определенной конверсии с последующей ориентацией. Согласно изобретению полимеризацию и / или сополимеризацию метилметакрилата осуществляют до конверсии 50–98%, а после ориентации проводят дополнительную полимеризацию до конверсии, близкой к 100%. Это позволяет создать органическое стекло на основе метилметакрилата с улучшенными эксплуатационными свойствами, в частности обладающее более высокой температурой эксплуатации, пониженной усадкой выше температуры стеклования полимера и повышенной ударной вязкостью.

Исследовано влияние  на снижение горючести органических стекол фосфор-, азото-, хлорсодержащих органических соединений. В качестве Р и С1-содержащих соединений использованы фосфорсодержащие диметилакрилаты, эфиры различных кислот.

Композиции для формования прозрачных в толстом слое изделий  содержат ароматические ди акрилаты или полиалкиленгликольди акрилаты и в качестве инициаторов фотополимеризации 0,01–1а-дикетонов, имеющих максимум абсорбции лучей длиной 420–500 нм. Также композиции содержат 0,1–0,5% органических пероксидов. При формовании проводят фотополимеризацию под действием лучей видимого света и УФ-лучей в области, ближней к области видимого света.

Способ получения листового  органического стекла для нейтральных светофильтров путем полимеризации в массе эфиров метакриловой кислоты в присутствии УФ-абсорбера, инициатора радикальной полимеризации и светопоглощающей добавки, включающую форполимеризацию мономера и последующую деполимеризацию смеси в плоскопараллельной форме. В качестве эфиров метакриловой кислоты используют метилметакрилат или смесь метилметакрилата с акриловой кислотой или их эфирами, а в качестве светопоглощающей добавки используют продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65–0,85 г./см³ и удельным объемом пор 0,4–0,5 см/см³ в количестве 0,001–0,01 на 100 мономера. Добавку смешивают с предварительно полученным форполимером, воздействуют на полученную смесь ультразвуком и затем полимеризуют её в плоскопараллельной форме до полной конверсии. Изобретение позволяет улучшить оптические характеристики листового стекла за счет более равномерного светопропускания стекла в видимой части спектра.

Состав содержит 100 мономерной смеси метилметакрилата и метакриловой кислоты, 0,01–1 антиоксиданта фенольного типа, 0,05–3 органической гидроперекиси, 0,03–1 замещенной тиомочевины. Состав может дополнительно содержать УФ-стабилизаторов в количестве 0,1–2 на 100 мономерной смеси, УФ-абсорбер в количестве 0,005–0,5 на 100 мономерной смеси, а также сшивающий агент – полифункциональный акриловый эфир в количестве 0,1–15 на 100 мономерной смеси.

Способ получения полимерных продуктов для изготовления органического стекла включает радикальную полимеризацию систем метилметакрилата или его смеси с другими акриловыми мономерами или винилацетатом в присутствии инициатора радикальной полимеризации с образованием систем полимер-мономер, с последующим физико-механическим воздействием и деполимеризацией. В качестве физико-механического воздействия на систему применяют экструдирование, осуществляемое одновременно с деполимеризацией.

Анализ патентной и научно-технической документации показал наличие небольшого количества данных, посвященных проблеме снижения горючести органического стекла. Получение органического стекла пониженной горючести это длительный и трудоемкий процесс, который осуществляется путем блочной полимеризации в присутствии радикального инициатора. Полимеризация может быть как термической, так и под действием УФ-лучей. В заявке 2850658 органическое стекло предлагают получать УФ-полимеризацией. В заявке 0964027 и статье Носковой А.Л. огнезащитный эффект органического стекла достигается при использовании галоген- и фосфорсодержащих соединений. Поэтому в качестве исходных компонентов для состава органического стекла пониженной горючести я предлагаю использовать ММА, содержащий фосфор и галогенсодержащие антипирены, а для интенсификации процесса полимеризации применять фотоинициатор; при УФ облучении. Получаемое органическое стекло может быть использовано главным образом в строительстве и транспорте в качестве негорючих, прозрачных перегородок.

 

1.1.3 Цели и  задачи работы и объекты исследования

Цель работы: разработка полимерных составов для органических стекол пониженной горючести.

Задачи исследования:

1. Выбрать компоненты, обеспечивающие создание органических стекол пониженной горючести;
2. Изучить свойства компонентов и взаимодействие их в композиции;
3. Выбрать соотношение компонентов и параметров полимеризации;
4. Оценить свойства разработанных органических стекол.

Объекты исследования

Глицидилметакрилат

 

CH₃

│

CH₂ – CHCH₂O C – C= CH₂

\ / ║

O O

 

– горючая бесцветная жидкость, легко растворимая в большинстве органических растворителей, растворимость в воде 2,75%, малолетучая жидкость. ММ = 142,16; температура плавления = -65°C; теплота сгорания = 3710 кДж/моль; температура вспышки = 88°C; температура воспламенения = 370°C; вязкость = 2,75 мПа*с; плотность при 20°C – 1,0726 г/см³; показатель преломления – 1,4505.

Три Производитель ОАО «Химпром» г. Новочебоксарск

 

₃ P=O

 

Содержит Cl – 36,3 – 37,5% масс. P – 10,3 – 11,3% масс.; массовая доля воды не более 0,07%; кислотное число не более 0,05,

Применяется в качестве пластификатора и замедлителя горения  в производстве полимерных материалов. Физические свойства: бесцветная жидкость растворимая в воде, Т_кип = 106–108°C; плотность 1,420–1,433 г./см³ при температуре t=20°С; вязкость динамическая при 25°C = 31–36 мПА^.с; ПДК_р.з.=10 мг/м³. Класс опасности – III.

Фосфорная кислота; удельная электропроводность 0,078 ом^-1см^-1; вязкость 47 спз.

Фотоинициатор –2,2 диметилокси-2 фенилацетофенол, производитель фирма Ciba

Гексаметиловый  эфир гексаметилолмеламина – – циклическое азотсодержащее соединение, азота 15–18%, бесцветная, прозрачная легкоподвижная жидкость, рН – 7,5–8,5

 

Н₃СОН₂С N СН₂ОСН₃

 

N – С С – N

Н₃СОН₂С СН₂ОСН₃

N N

 

C

Н₃СН₂СОН₂С – N – СН₂ОСН₂ОСН₃

 

 

1.1.4 Методы  и методики исследования

Испытание на растяжение

При испытании по ГОСТ 11262–80 проводят растяжение испытуемого образца с установленной скоростью деформирования, при которой определяют следующие показатели:

1. Предел текучести при растяжении σ_рт. Для определения σ_рт растягивающую нагрузку F_рт относят к площади поперечного сечения образца А_о: σ_рт = F_рт /А_о
2. Прочность при разрыве или разрушающее напряжение при растяжении σ_рр, т.е. отношение нагрузки F_рр, при которой разрушился образец к площади поперечного сечения образца А_о.
3. Прочность при растяжении σ_рм – отношение максимальной нагрузки F_рм, которую выдерживает образец при растяжении к площади поперечного сечения А_о.
4. Относительное удлинение при максимальной нагрузке ε_рт:

 

ε_рт = *100%,

 

где Δl_от - приращение расчётной длины образца в момент достижения предела текучести, мм; l_о – начальная длина образца, мм

5. Относительное удлинение при разрыве ε_рр,

 

ε_рр =*100%,

 

где Δl_ор – приращение расчетной длины образца в момент разрыва.

Определение степени отверждения

Навеска мелко измельченного  материала в количестве 1 г заливается 20 мл ацетона и экстрагируется в течение 24 часов. Затем ацетон сливается, материал высушивается. Сухой остаток взвешивается с точностью до 0,0001 г. Изменение массы рассчитывается по формуле:

 

 

 

где m_н – начальная масса навески, г; m_к - масса навески материала после экстрагирования и сушки, г.

Степень отверждения: Х = 100 – Δm

Определение теплостойкости по способу Вика

Сущность способа по ГОСТ 15088–83 состоит в определении температуры, при которой наконечник прибора, имеющий цилиндрическую форму, вдавливается в образец на глубину 1 мм под действием постоянной нагрузки.

Для испытания применяют  образцы толщиной не менее 3 мм. Образцы с меньшей толщиной складывают вместе для достижения указанной толщины, причем верхняя пластинка, соприкасающаяся с наконечником прибора, должна быть не тоньше 1,5 мм.

Испытания производят на приборе Вика. Образец устанавливают  в приборе так, чтобы отшлифованная  плоскость наконечника находилась в центре образца и соприкасалась с ним. После этого дают нагрузку на образец и включают обогрев прибора. Температура в термошкафу перед испытанием должна быть 20±2ºС. В термошкафу при помощи терморегулирующего устройства обеспечивается постоянное повышение температуры со скоростью 50ºС в 1 ч. Температура контролируется двумя термометрами, установленными в приборе.

Температура, при которой  наконечник вдавится в образец на глубину 1 мм, является показателем теплостойкости материала по Вика.

Прибор снабжен звуковой сигнализацией, которая автоматически включается, как только наконечник вдавится в образец на заданную глубину. Испытания проводят на трех образцах, и за результат принимают среднее арифметическое этих определений.

Определение потери массы  образца при поджигании на воздухе

Метод «Огневая труба» является экспресс-методом для определения группы твердых горючих материалов. Его проводят в соответствии с ГОСТ 21793–89. Установка состоит из камеры горения, держателя образца, газовой горелки диаметром 7 мм, смотрового зеркала диаметром 50 мм, подвижно укрепленного на штативе. Камера горения представляет собой стальную трубу диаметром 50 мм; длиной 165 мм; толщиной стенки 0,5 мм, которая вертикально закрепляется на штативе.

Для испытаний изготавливают  шесть образцов шириной 35 мм, длиной 150 мм и фактической толщиной, не превышающей 10 мм. Предварительно взвешенные образцы подвешивают вертикально в центре трубы таким образом, чтобы его конец выступал на 5 мм и находился на 10 мм выше горелки. Под образец по его центру устанавливают горелку с высотой пламени 40 мм, одновременно включают секундомер и определяют время зажигания, обеспечивающее устойчивое горение образца.

Через 2 минуты действия пламени источник зажигания удаляют  и фиксируют время самостоятельного горения и тления образца. После остывания до комнатной температуры образец взвешивают и определяют потери массы в % от исходной:

 

Δ m = / m_н,

 

где m_н и m_к – массы образца до и после испытания, г.

Определение кислородного индекса

Испытания ведут по ГОСТ 12.1.044–89. Сущность метода заключается в нахождении минимальной концентрации кислорода в потоке кислородно-азотной смеси, при которой наблюдается самостоятельное горение вертикально расположенного образца, зажимаемого сверху. Для испытаний применяют образцы размерами: ** мм.

Установка для определения  кислородного индекса включает следующие элементы: вентиль предварительной регулировки; смеситель; расходомер; реакционную камеру; держатель образца; кислородный анализатор. Реакционная камера, представляющая собой термостойкую прозрачную трубу, установленную вертикально на основании. На дно камеры монтируют приспособление для равномерного распределения газовой смеси, состоящее из стеклянных или металлических шариков различного диаметра. Держатель образца необходим для закрепления его в вертикальном положении в трубе. Металлическое проволочное сито размером ячейки 1,0–1,6 мм помещено над шариками для улавливания падающих частиц. Баллоны содержат газообразный кислород и азот или очищенный воздух с концентрацией кислорода 20,9% объемных.

Источник зажигания обеспечивает на пропане высоту пламени 16 мм и свободно входит в камеру через верхний открытый конец. Учет времени проведения испытаний ведут посредством секундомера с погрешностью измерений не более 1 секунды.

Перед испытанием образцы  кондиционируют не менее 8 часов в  стандартной атмосфере 23/50 по ГОСТ 12423. Время между изготовлением исследуемого материала и началом испытаний должно быть не менее 72 часов. Испытание проводят при температуре 23 ⁰С. Образец закрепляют в вертикальном положении в держателе в центре колонки так, чтобы верхний край образца находился на расстоянии не менее 100 мм от верхнего края колонки. Систему продувают газовой смесью не менее 30 секунд перед испытанием и поддерживают концентрацию кислорода постоянной до конца испытаний.