CC BY
7ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕМОНТНОГО КОМПАУНДА МОДИФИКАЦИЕЙ ЕГО НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА
ЖЕЛЕЗА
С.Н. Новоселова, Т.К. Углова
В работе представлены результаты исследований по влиянию нанодисперсного оксида железа на характеристики композиционного материала, предназначенного для ремонта и восстановления инженерных сооружений и горных массивов, в т. ч. мраморных.
Ключевые слова: полимерные композиты, ремонтный компаунд, наночастицы, оксид железа, микрокальцит, растекаемость, прочность, адгезия.
Основная тенденция промышленности полимерных композиционных материалов в настоящее время заключается не столько в разработке новых составов, сколько в модификации ранее известных, позволяющей целенаправленно регулировать структуру и свойства композитов (растекаемость, деформационно-прочностные свойства, атмосфе-ростойкость и др.). Одним из наиболее распространенных и эффективных способов модификации при получении полимерных композитов с улучшенными характеристиками является введение в них наноструктурирую-щих добавок, в основном порошков металлов высокой дисперсности.
В работе представлены результаты исследований по влиянию нанодисперсного оксида железа (II) на характеристики ранее разработанного композиционного материала (К-1, К-2), предназначенного для ремонта и восстановления инженерных сооружений и горных массивов, в т.ч. мраморных [1-2]. Композит состоит из многокомпонентной полимерной матрицы, включающей эпоксидный олигомер, низкомолекулярный синтетический каучук, пластификатор и технологические добавки, наполнителя и низкотемпературного аминного отвердителя АФ-2.
В качестве наполнителя использовался высокодисперсный мраморный порошок (микрокальцит) с размером частиц менее 50 мкм.
Нанопорошок оксида железа (II) имеет частицы в виде игольчатых кристаллов средним размером 4 нм и удельную поверхность 237,9 м2/г. Он достаточно однороден по размеру частиц, а образованные из них агломераты имеют рыхлую структуру и легко разрушаются.
Одним из условий получения модифицированных нанопорошками наполненных полимерных композиций с высокими техническими характеристиками является равномерное распределение структурирующей добавки в полимерной матрице, которое достигается различными технологическими приемами. Проведенные на начальном этапе работ исследования, когда наномодификатор вводили
в эпоксидную смолу, показали, что перемешивание с помощью высокоскоростного механического устройства не обеспечивает равномерного диспергирования в ней частиц наполнителя (рисунок 1 а), а достичь хорошего его распределения возможно при дополнительном воздействии ультразвукового поля (рисунок 1 б).
а) б)
Рисунок 1. Распределение наночастиц оксида железа в эпоксидной смоле с применением: механического устройства (а); механического устройства и ультразвукового диспергатора (б)
Аналогичные результаты получены и при введении наномодификатора в полимерную матрицу, наполненную микрокальцитом. Длительность применения ультразвука составляла 30 минут. Высокая однородность полученной смеси косвенно подтверждается сохранением ею седиминтационной устойчивости в течение 7 суток.
Для низковязких ремонтных составов, предназначенных для восстановления монолитности природных материалов, особенно важными являются высокая растекаемость, определяющая способность заполнять трещины малой раскрытости, и стабильность прочностных характеристик в течение длительного времени.
Прочность при сжатии асж определяли на предварительно подготовленных к испытаниям образцах отвержденного компаунда (отшлифованные грани образцов, к которым прикладывается нагрузка, должны быть параллельными) кубической формы с длиной ребра 3,00±0,05 см. Сжатие проводили на прессе МС-1000. Момент разрушения образца устанавливали по началу обратного движения указательной стрелки силоизмерителя при работающем нагружающем устройстве и при появлении трещин.
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕМОНТНОГО КОМПАУНДА МОДИФИКАЦИЕЙ ЕГО НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА
а) 6}
Рисунок 2. Влияние содержания наночастиц оксида железа (II) на растекаемость неотвержден-ного (а) и плотность отвержденного (б) композита
Рисунок 3. Влияние содержания наночастиц оксида железа (II) на прочность (а) и относительную деформацию (б) образцов композита, отвержденных в течение: 10 сут. (1), 20 сут. (2), 30 сут. (3)
Предел прочности при сжатии, МПа, рассчитывали по формуле: асж=Ртах/8, где Ртах - разрушающая нагрузка, Н; 8 - площадь грани образца, подвергаемой сжатию,
Текучесть неотвержденной массы (рас-текаемость) определяли по разработанной в лаборатории методике, в соответствии с которой навеску композиции массой 1,50±0,01 г помещали между стеклянными пластинками, сверху по центру на 1 мин устанавливали груз массой 50,0 г. За растекаемость принимали среднеарифметическое значение диаметра растекшегося пятна, измеренного с точностью 0,01 см в четырех направлениях. Экспериментальные результаты исследований представлены на рисунках 2-З.Исследования показали, что положительное влияние ультрадисперсного модификатора проявляется в диапазоне 0,30-0,37 % его содержания в составе. При этих количе-
ствах обеспечиваются максимальные значения растекаемости и механических характеристик.
Необходимо отметить, что повышение растекаемости в узком диапазоне процентного содержания модификатора является важным положительным эффектом для таких материалов, как ремонтные компаунды, клеи и др., применяемых для ликвидации трещин малой раскрытости.
Закономерное повышение плотности образцов (рисунок 2 б) говорит об оптимальности созданной упаковки и снижении пористости композиционного материала, что является важным при использовании его в условиях повышенной влажности.
Введение нанопорошка практически не влияет на кинетику отверждения композита (рисунок 3). Разработанные композиции экологически безопасны, негорючи, устойчивы к тепловым, вибрационным и длительным на-
НОВОСЕЛОВА С.Н., УГЛОВА Т.К.
грузкам и могут применяться для выполнения ремонтных работ в таких областях как строительство, коммунальное хозяйство, камнедо-бывающая и камнеобрабатывающая промышленность, архитектура и электроника.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новоселова С.Н., Углова Т.К., Ишматов А.Н. // Сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф. студентов,
аспирантов и молодых ученых «Техника и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности», г. Бийск, 14-15 мая, Бийск: БТИ АлтГТУ. - 2009. - С. 47-50. 2. Новоселова С.Н., Углова Т.К., Татаринцева О.С. // Сб. трудов XII научно-практической конференции «Химия XXI век: новые технологии, новые продукты, г. Кемерово, 21-22 апреля, Кемерово. - 2009. -С. 67-69.
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНИТРОФЛОРОГЛЮЦИНА
А.С. Дубков, В.Н. Сурмачев, С.В. Сысолятин, А.Н. Ишматов
В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния типа нитрующих систем, характеристик исходного флороглюцина и режимов процесса нитрования на качество и выход тринитрофлороглюцина. Установлено, что тринит-рофлороглюцин предпочтительно получать в нитрующей системе азотная кислота / серная кислота (80 / 20) с массовым модулем 15.
Ключевые слова: тринитрофлороглюцин, нитрование, перекристаллизация, окисление.
Тринитрофлороглюцин (ТНФГ, 1,3,5-тригидрокси-2,4,6-тринитробензол) является промежуточным продуктом в синтезе мощного термостойкого низкочувствительного ВВ 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола (ТАТБ). Соли ТНФГ рассматриваются как перспективные инициирующие ВВ.
В литературе описаны способы нитрования флороглюцина, применимые лишь для наработки небольших количеств ТНФГ в лабораторных условиях. В ряде способов [1, 2] используются большие количества серной кислоты. Методы [3, 4] использующие 65 %-ную азотную кислоту также не представляют интереса для масштабирования.
он
Исследование нитрования дигидрата флороглюцина в азотной кислоте при температуре от минус 10 °С до минус 5 °С и времени выдержки 10 минут показало, что максимальный выход ТНФГ наблюдается при проведении процесса с массовым модулем по азотной кислоте, равным 20, и составляет 65 % (рисунок 1).
Рисунок 1. За висимость выход а тринитрофлороглюцина от массового
Столь низкий выход, вероятно, связан с окислительными процессами, активно протекающими в азотной кислоте, а при повышении модуля с растворимостью ТНФГ в разбавленной 25 %-ной азотной кислоте.
С целью увеличения выхода ТНФГ было проведено исследование процесса нитрования в нитрующих системах, характеризующихся более низкой окислительной способностью. Для этого были использованы смеси азотной кислоты с нитратом аммония, мочевиной, а также серно-азотные смеси с различным содержанием серной кислоты.
Полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Модуль
2
