ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

композиции равное 28%.

Таким образом оптимальными параметрами состава модифицированной битумной композиции следует считать Д = 0,35 мм. Cv = 28% и Трисх.бит-38°С, содержание битума - 72%.

Следовательно, проведенные исследования подтвердили теоретические предпосылке и практические значения о структурообразовании битумно-полимерных композиции как композиционных материалов, позволяющих разработать оптимальных их составов и технологических режимов получения, обеспечивающие которого получать битумно-полимерных композиций с хорошими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.

Разработанные битумно-полимерные композиции можно использовать самостоятельно как эластичной покровной композиции рубероида, так и для получения гидроизоляционных и кровельных материалах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бердиев М.Ю. Разработка безокислительной технологии получения покровного битума и рубероида на его основе для условий сухого жаркого климата: Автореферат канд.дисс, - Ташкент, 1992. — 20 с.

2. Камалов А.Ф. и др. Способ получения битумно-полимерной композиции. // Авторское свидетельство 2144049. Кл. С08 1. 95/00. Опубл. 10.01.2001 бюл. №:1 с, 390

3. Жаббаров У Р. Модификация полимерами покровной композиции рубероида //Ж «Промышленность строительных материалов.» Сер.Промышленность полимерных, мягких кровельных и теплоизоляционных материалов: Обзор.информ ВНИИЕЭСМ; вып.1.-М.: 1991.-48с.

4. Жаббаров У.Р. Долговечность гидроизоляционных материалов плоских крыш в условиях жаркого климата, - Ташкент: ФАН, 1992. - 134 с.

5. Жаббаров У.Р. Исследования физико-химических, эксплуатационных свойств полимербетумных композиций и перспективность их применения в кровельных покрытиях // Ж. «Вестник ТашГТУ» — Ташкент, 2002, № 1,-С.77-78.

6. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Композиционные асфальтобетонные материалы для покрытия дорог.-Ташкент, Узбекистан, 2012. - 108 с.

7. Собиров Б.Б. Создание эффективных композиционных материалов на основе местных и вторичных сырьевых ресурсов для автомобильных дорог, мостов и аэродромов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Тошкент-2011

Механика ва технология илмий журнали кабул килинди 31.10.2020

УДК 675.02.402.541.6

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО И

ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Негматов С.С., Солиев Р.Х., Бойдадаев М.Б.

АННОТАЦИЯ: В работе исследованы физико-химические и прочностные свойства композиционных полимерных клеев на основе местного и вторичного сырья.

Разработанный клей на основе мочевиноформальдегидной смолы модифицирован полиакрилонитрилом (ПАН). Разработанные клеи характерны тем, что они обеспечивают

образование наиболее прочных и водостойких клеевых соединений.

Использование композиционного полимерного клея путем впрыскивания на базальтовое волокно получается эффективный теплоизоляционный материал с высокими физико-механическими свойствами и повышенным сроком службы при использовании в различных отраслях промышленности и строительстве

ANNOTATION: In this paper, the physicochemical and strength properties of composite polymer adhesives based on local and secondary raw materials are studied. The developed adhesive based on urea-formaldehyde resin is modified with polyacrylonitrile (PAN). The developed adhesives are characterized by the fact that they provide the formation of the most durable and water-resistant adhesive joints. Use of composite polymer glue by injection on basalt fiber, an effective thermal insulation material with high physical and mechanical properties and increased service life is obtained when used in various industries and construction.

Ключевые слова. Органические и неорганические ингредиенты, сырьё, структура, клей, физико-химические свойства, наполнитель, фенолформальдегидная смола, мочевиноформальдегидная смола

Keyword. Organic and inorganic ingredients, raw materials, structure, glue, physical and chemical properties, filler, phenol-formaldehyde resin, urea-formaldehyde resin

Введение. Современные синтетические клеи склеивают любые материалы, образуя высокопрочные долговечные соединения, способные работать в широком интервале температур и в любых климатических условиях.

Важным свойством соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозии и гнению. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций.

Современная техника предъявляет к клеям и клеевым соединениям разнообразные требования. Клеи должны быть удобны в применении, иметь достаточной срок хранения и по возможности не содержать токсичных веществ [1].

Фенолформальдегидные смолы являются основной составной частью клеевых композиций, обладающих ценным комплексом свойств и нашедших широкое применение в различных отраслях промышленности [2].

Фенолформальдегидные смолы в отвержденном состоянии препядствуют собой весьма хрупкие продукты и поэтому в большинстве случаев применяются в модифицированном виде.

Клеи на основе фенолформальдегидных смол водостойки, однако они токсичны, так как содержат свободный фенол и формальдегид, а также гидролизуют целлюлозу.

В производстве применяются токсичные материалы. И фенол, и формальдегид ядовиты и огнеопасны.

Формальдегид обладает канцерогенным действием.

Фенолформальдегидные смолы могут оказывать вредное воздействие на кожу, они могут вызывать дерматиты и экземы [3].

В связи с этим возникла проблема разработать композиционные полимерные клеи - заменителя фенолформальдегидной смолой на основе местного сырья и отходов производств органического и неорганического происхождения.

Из всего сказанного выше следует, что разработка эффективного состава заменителя фенолоформальдегидной смолы на основе местного сырья и промышленных отходов для применения в производстве теплоизоляционных материалов имеющие высокие адгезионные свойства, обеспечивающие хорошую долговечность и

теплостойкость является актуальной проблемой.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования нами предлагается заменить фенолформальдегидную смолу на мочевиноформальдегидную (карбамидные).

Мочевиноформальдегидная смола (крепитель М резольного типа) представляет собой продукт поликонденсации мочевины и формальдегида в присутствии катализатора.

Мочевиноформальдегидная смола бесцветна и легко окрашивается в массе в любой

цвет.

Из мочевиноформальдегидных смол получают также клеи, устойчивые против гниения, вредителей древесины, к действию света.

Мочевиноформальдегидные смолы выпускались в виде литых прозрачных органических стекол (например, поллопаса) или прессованных изделий различной формы, но оказалось, что они недолговечны из-за недостаточной водостойкости и растрескивания. Поэтому эти смолы до введения в них наполнителя (целлюлозы, древесной муки, хлопкового волокна) в технике не использовались. Применение наполнителей уменьшило чувствительность изделий к изменению климатических условий. Хотя при этом прозрачность отчасти и терялась, но сохранялась светостойкость и возможность окрашивать изделия в светлые тона, а в ряде случаев получали также и просвечивающие изделия. Эти свойства позволили применять мочевиноформальдегидные смолы в декоративной технике, в которой фенолоформальдегидные смолы непригодны из-за темного цвета [4-7].

Одним из основных свойств клеев является водостойкость. Методы определения влагопоглощения основаны на способности пленки сорбировать воду. Влагопоглощение оценивается количеством воды, сорбированной пленкой при заданной температуре (выражается в процентах), или массой сорбированной воды, отнесенной к массе пленки.

Определение влагопоглощения пленкой на подложке. Стандартный метод определения влагопоглощения заключается в получении образцов покрытий на алюминиевой фольге и испытании их в воде.

Образцы полностью погружаются в дистиллированную воду при температуре 20±20С. Затем через заданные промежутки времени образцы вынимают из воды, просушивают фильтровальной бумагой и тотчас помещают в бюкс с герметически закрывающейся крышкой, предварительно взвешенный на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. бюкс с образцом взвешивают с той же точностью. Операцию извлечения образца из воды и взвешивания вместе с бюксом повторяют до тех пор, пока при двух последних взвешивания не будет достигнут одинаковый привес пленки.

Влагопоглощение Х (%) рассчитывают по формуле:

Х= (т1-т0)'100/(Ъ-а)

где т1- масса бюкса с образцом после выдержки в воде; т0- масса бюкса с образцом до испытания; Ъ- масса образца; а- масса пластинки без покрытия.

За влагопоглощение принимается средний результат трех измерений, отличающихся от среднего арифметического не более чем на 10%.

Обсуждение полученных результатов. При замене фенолформальдегидной смолы на мочевиноформальдегидной смолы в качестве модификатора использовали различные органоминеральные ингредиенты и отходы производств органического и неорганического происхождения [8-11].

В качестве катализаторов использовали вещества кислого характера - соляная, серная, уксусная, щавелевая, молочная кислоты, контакт Петрова, а также аммониевые соли сильных кислот.

Рецептура клея на основе мочевиноформальдегидной (карбамидо) смолы марки КФ-Ж(М) холодного отверждения.

Мочевиноформальдегидная смола - 100 мас.ч. Щавеливая кислота 10%-ой -8.14 мас.ч. Поверхностно- активное вещество (ПАВ) -20-30 мас.ч.

Рецептура клея на основе карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-Ж горячего отверждения.

Мочевиноформальдегидная смола - 100 мас.ч.

Хлористый аммоний 20%-ый - 1% от массы смолы в пересчете на сухой хлористый аммоний.

В таблице 1 приведены технические характеристики карбамидоформальдегидной

смолы.

Таблица 1

Технические характеристики мочевиноформальдегидной (карбамидоформальдегидной) смолы марки КФ-Ж

Наименование Норма

Внешний вид Однородная суспензия от белого до светло-желтого цвета без механических включений

Массовая доля сухого остатка в % 66,0±2,0

Массовая доля свободного формальдегида, %, не более 0,9

Вязкость условная по вискозиметру ВЗ-246(сопло 6,000±0,015тт), с 35-50

Концентрация водородных ионов, рН 7,5-8,5

Время желатинизации, при 1000С, с 50-70

Смешиваемость с водой при 2000С в соотношении 1:2 полная

Плотность при 20±0,10С, г/см3 1,26-1,28

Наполнителями могут служить древесная мука, крахмал, декстрин, а также некоторые минеральные вещества.

Декстрин - полисахарид, получаемый термической обработкой

картофельного или кукурузного крахмала.

Применяется в основном для приготовления клеящих средств, а также в пищевой, лёгкой промышленности и литейном производстве. Основное значение процесса хлебопечения состоит в превращении нерастворимого крахмала в растворимые и легче усваиваемые организмом декстрины. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е1400.

Древесная мука - изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 16361-87. Отталкиваясь от рекомендаций государственного стандарта область применения древесной муки М180 можно обозначить так: производство фенопластов, промышленных взрывчатых веществ, полимерных композиционных и строительных материалов.

Преимущества древесной муки: низкая влажность муки. Низкая влажность муки(3,5%) не потребует дополнительной сушки, использование в производстве столь высококачественного продукта в конечном счете уменьшает производственные затраты наших партнеров.

Древесная мука производится и из одной породы дерева, производство ведется только из березы (березовая древесная мука).

Крахмал - это белый порошок без запаха и вкуса. Нерастворим в холодной воде, спирте, эфире. Крахмал имеет высокую (1,5) плотность. Под влиянием кислот и ферментов амилоза и амилопектин гидролизуются с образованием промежуточных продуктов различной молекулярной массы - декстринов, а при полном гидролизе -глюкозы.

Крахмал - сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. Он хорошо переваривается и усваивается организмом человека. Благодаря разнообразию своих свойств, способности к их изменениям крахмал применяют в разных пищевых производствах (кондитерском, хлебопекарном, колбасном и др.), в кулинарии, для выработки крахмалопродуктов, в непищевых отраслях (парфюмерной, текстильной, фармацевтической) [12]. Крахмалу свойственно набухание - это способность медленно и в определенной мере впитывать холодную воду, не растворяясь в ней. Если набухание происходит с повышением температуры, образуется клейстер. Температура клейстеризации различных крахмалов находится в пределах 60-70°С. Наиболее вязким является клейстер из картофельного крахмала. В крахмале стандартом нормируется влажность (картофельного - не более 20, остальных видов - 13%). По видам и товарным сортам установлены пределы содержания золы, кислотность, массовая доля протеина и количество крапин. Чем выше значение этих показателей, тем ниже сорт крахмала. Картофельный крахмал 2-го сорта с ненормируемым содержанием крапин, высокой кислотностью и повышенной зольностью используется только для технических целей.

Модификацию композиционного полимерного клея осуществляли полиакрилонитрилом (ПАН) [13,14].

Физико - механические показатели волокна приведена в таблице 2.

Таблица 2

Физико - механические показатели волокна

Материал Физико-механические показатели

Разрывная нагрузка, сН/текс Разрывное удлинение, %

ПАН волокно 24,0 30,0

При длительном действии воды на клеевое соединение происходит уменьшение его прочности. Эффект уменьшения прочности зависит от вида клея, склеиваемых материалов, технологии склеивания к его периметру, открытого действия воды. Механизмы снижения прочности могут значительно различаться. В большинстве случаев конечный эффект определяет развитие напряжений при увлажнении или сушке независимо от характера разрушения - адгезионного, когезионного или по склеиваемым материалам.

Под водостойкостью понимают стойкость покрытий к влагопоглощению и диффузионной проницаемость; под влагостойкостью - стойкость к высокой относительной влажности воздуха при определенной температуре окружающей среды.

На рисунке показан испытаний прочности клеевых соединений на водостойкость от содержания полиакрилонитрила (ПАН).

Общепринятой методикой определения влагостойкости покрытий является испытание покрытий при переменных температурах (от 40±2 до 20 ±20С) и

относительной влажности воздуха 95±2%. Испытание проводят во влажных камерах -гидростатах Г-4.

35

30

Рис. Испытаний прочности клеевых соединений на водостойкость от содержания полиакрилонитрила (ПАН)

Ряд клеев подвержен гидролитической деструкции, некоторые клеи при длительном действии воды растворяются. Устойчивость адгезионных связей в воде колеблется для разных систем, причем, если клей находится в высокоэластичном состоянии, разрушение связей может иметь обратимый характер, и после сушки прочность восстанавливается. Таким образом, для обеспечения когезионных характеристик полимеров на достаточно высоком уровне и придания повышенной эластичности карбамидоформальдегидные смолы должны содержать модификатора в количестве 10-15%.

При испытании прочности клеевых соединений приходится иметь дело с соединением, состоящим из клеевой прослойки и по крайней мере двух соединяемых элементов. Поэтому для определения прочности клеевых соединений используют специально разработанными методами. При этом кроме величины прочности необходимо фиксировать характер разрушения, осматривая обе части испытанного образца. Различают следующие виды разрушения: по склеиваемому материалу; по клею (когезионное разрушение); по границе раздела клей - склеиваемый материал - грунт (покрытие). Оценка каждого вида разрушения проводится визуально с точностью 5-10% от номинальной площади склеивания.

При проведении всех видов испытаний механических свойств клеевых соединений рекомендуется соблюдать следующие общие правила.

Клеевые потеки на испытуемых образцах после снятия давления следует осторожно, но тщательно зачистить. Склеенные образцы до испытаний должны быть выдержаны в комнатных условиях не менее 24 ч. образцы склеенные термопластичными или гигроскопичными клеями, рекомендуется хранить при 20±50С и относительной влажности воздуха 55±5%. Если температура испытаний отличается от комнатной, то образцы клеевого соединения помещают в нагревательную или холодильную камеру. Нагревание образца должно быть равномерным, заданная температура должна выдерживаться с точностью до 1 С и контролироваться термопарой, помещенной в непосредственной близости от центра образца. По характеру нагружения различают три основных вида испытаний прочности клеевых соединений: при сдвиге (напряжения в клеевом шве главным образом касательные к поверхности склеивания); при отрыве

(преимущественно нормальные напряжения); при отдире (отслаивание, расслаивание, неравномерном отрыве), когда напряжения распределяются в каждый момент по линии, перпендикулярной направлению нагружения и расположенной вблизи кромки шва.

В таблице 3 приведены результаты испытания прочности и эластичности клеевых пленок на основе мочевино (карбомидо) формальдегидных композиций модифицированный полиакрилонитрилом.

Таблица 3

Прочность и эластичность клеевых пленок на основе мочевино (карбамидо) формальдегидных композиций модифицированный полиакрилонитрилом

Компоненты клея Соотношение Разрушающее Эластичность

компонентов, напряжение при (удлинение), мм

мас.ч. растяжении, кгс/см2

Мочевиноформальдегидная - 1 0

смола

Мочевиноформальдегидная 90:10 14 7,0

смола и полиакрилонитрил

Мочевиноформальдегидная 85:15 14 7,0

смола и полиакрилонитрил

Мочевиноформальдегидная 75:25 7 3,0

смола и полиакрилонитрил

Мочевиноформальдегидная 70:30 12 4,5

смола и полиакрилонитрил

Таким образом, разработанный нами клеи характерны тем, что они обеспечивают образование наиболее прочных и водостойких клеевых соединений. Материалы, склеенные этими клеями, приобретают способность хорошо переносить переменные воздействия влажности и температуры окружающей среды. Особое место среди указанной группы составов занимают клеи, увеличивающиеся в объеме в процессе отверждения за счет частичного вспенивания (подвспенивания). Указанные клеи обладают несомненными преимуществами благодаря такому технологическому свойству, как зазоропроницаемость при сохранении высоких прочностных показателей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пинчукова К. В., Глазкова Я. В., Кужугалдинова З. Б. Адгезивные материалы, используемые в производстве картона и гофрокартона // Молодой ученый. 2017. №13. - С. 82-85. - URL https://moluch.ru/archive/147/41230/

2. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. - М.: Химия, 1988. - 272 с.

3. Патент Великобритании N 1405110, кл. C 08 G 12/12, 1975).

4. Глухих В.В., Бурындин В.Г., Коршунова Н.И. и др. Изменение функционального состава и свойств карбамидоформальдегидных смол при хранении // Лесной журнал. -1996, № 4-5. - С. 153-159.

5. Глухих В.В., Бурындин В.Г., Войт В.Б., Лобанова В.В. Влияние старения карбамидных смол на их свойства и свойства древесностружечных плит // Технология древесных плит и пластиков: Межвуз. сб. - Екатеринбург, 1995.-С. 26-33.

6. Коршунова Н.И., Козлова Н.Г., Балакин В.М. Анализ стабильности качества промышленных карбамидоформальдегидных смол // Технология древесных плит и пластиков: Межвуз. сб. - Екатеринбург, 1995. - С. 33-38.

7. Козлова Н.Г., Дубчак В.Н., Коршунова Н.И. и др. Изменение свойств и функционального состава карбамидоформальдегидных олигомеров при хранении // Тезисы доклада IV Всероссийской студ. науч. конф. «Проблемы теоретич. и эксперим. Химии». - Екатеринбург, 1994. - С. 149-150.

8. Карачев С.Г. Применение нового наполнителя для клеев на основе карбамидоформальдегидных смол для склеивания древесины и древесных материалов. Л.:Химия, 1990. 120 с.

9. Высоцкий А.В., Варанкина Г.С., Каменев В.П. Низкотоксичная клеевая композиция на основе карбамидоформальдегидной смолы с алюмосиликатным наполнителем : пат. 2114144 С1 Рос. Федерация. № 2012132898/4; заявл. 06.05.1995; опубл. 27.06.1998. Бюл. №6. 7 с.

10. Полищук С.В. Способ получения карбамидомеламино-формальдегидной смолы: пат.2490283 С1 Рос. Федерация. № 95107366/04; заявл. 01.08. 2012; опубл. 20.08.2013. Бюл. №23. 9 с.

11. Курина Л.Н., Князев А.С., Мальков В.С., Сачков в.И. способ получения формальдегидочодержащей смолы с пониженной эмиссией формальдегида и функциональных материалов на ее основе: пат. 2413737 С2 Рос. Федерация. № 2008117495/05; заявл. 30.04. 2008; опубл. 10.11.2009. Бюл. №31. 6 с.

12. Карягин Ю.В., Ангедов И.И. Чистые химические вещества. М., «Химия»,1974, 407 с.

13. Процесс изготовления углеродных волокон на основе коммерческих полиакрилонитрильных волокон мокрого формования/ R. Eslami Farsani и [др.] // Химические волокна. - 2006. - №5. - С. 30-33.

14. Давлетова O.A. Влияние структуры пиролизованного полиакрилонитрила на процесс оксидирования // Сб. тезисов докладов XII региональной конференции молодых исследователей Волгоградский области, Волгоград, 2007г.-С.138.

Механика ва технология илмий журнали кабул килинди 31.10.2020

УДК 622.692.4

УЛУЧШЕНИЕ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ СИНТЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Юхин И.А., Фадеев И.В., Садетдинов Ш.В., Казарин А.С.

Аннотация: Целью исследований явилось совершенствование противокоррозионных свойств растворов синтетических технологических средств, применяемым в настоящее время в машиностроениии в ремонтном производстве. Методами физико-химического анализа установлено образование нового борорганического соединения в системететраборат аммония-3-амино-1-пропанол-вода при 25°С состава (КН4)2В407 2НО(СН2)3КН2 • 3H2O -тетраборатдиаминопропанол (ТБДАП). Влияние ТБДАП на противокоррозионную устойчивость стали 10 в 3%-м растворе хлорида натрия было исследованогравиметрическим, коррозионно-электрохимическим и коррозионно-усталостным испытаниями. Доказано, что ТБДАП является эффективнымингибитором коррозии. Электрохимическими исследованиями