авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Научные основы создания композиционных материалов из технических и природных силикатов

-- [ Страница 3 ] --

Погрешность определения коэффициентов при переменной Х* составляет 0,05–1,70 %; коэффициент детерминированности равен 0,994. Также выявлено, что абсолютная твердость образца (Y, с) растет во времени обработки (Х*, ч) по закону:

Y = 88,49 + 2,88Х* + 0,80 Х*2. (6)

Коэффициент детерминированности для выражения (6) равен 0,996; дисперсия 1,247. Необходимая твердость пленок из силиката натрия плотностью 1,41 г/см3 до-стигается уже в первые часы обработки карбамидом; оптимальная продолжитель-ность процесса составляет 2–3 ч (рис. 6). Его ход можно регулировать также путем варьирования степени разбавления раствора и концентрации модификатора при t = const. Разведение силиката натрия водой до плотности 1,18–1,24 г/см3 вызывает, при обработке карбамидом, более интенсивный рост частиц в растворах, что является результатом накопления в системе образований типа кремнезоля. Измерениями моле-кулярных масс показано, что в умеренно разбавленных растворах при введении карбамида, наряду с гидролизом, протекает поликонденсация, эффективность которой снижается по мере повышения степени разведения – в виду противодей­ствующего влияния деполимеризации. Выявлено, что выделение поликремниевых образований при разбавлении водой может приводить к ухудшению пленкообразующих свойств систем, поэтому следует избегать использования силикатов с невысокой плотностью. Таковая для соединений натрия оптимальна, когда составляет ~1,36 г / см3. Что же касается варьирования концентрации карбамида в растворах силикатов, то возмож-ности здесь гораздо шире. Часть молекул модификатора, в условиях превышения «пороговой» концентрации в системе (16,0–16,5 мас. %), может не вступать в химии-ческое взаимодействие и, действуя по типу высаливающей добавки, способствовать, по нашему мнению, образованию низкоосновных силикатов за счет перераспределе-ния в молекулах сольватационной воды. В то же время объемная концентрация свя-зей-сшивок должна быть достаточно высока, чтобы достигался эффект, связанный с улучшением прочности и водоустойчивости композиционных материалов на основе модифицированной системы.

С использованием расчетной модели «GaussAmp» установлено, что зависимость молекулярной массы (Y) продукта модифицирования силиката натрия (1,36) от концентрации карбамида (х, мас. %) имеет вид:

, (7)

где для = 2 ч: Y0 = 407,4±24,4; A = 822,9 ±36,6; хС= 4,0±0,1; w=2,37±0,15; R2 = 0,981;

для = 6 ч: Y0 = 448,1±45,8; A = 1445,7 ±74,9; хС = 13,4±0,1; w=2,16±0,16; R2 = 0,975.

Модель и уравнение (7) адекватно описывают экспериментальные данные при х = = 0–20 мас. %. Графическая интерпретация на модели показала, что оптимальная кон-центрация карбамида находится на уровне 10–12 % от массы раствора силиката нат-рия. В пользу этого также свидетельствуют небольшие усадочные напряжения в плен-ках и, напротив, высокие энергии активации деформационных процессов, которые формально можно оценить по температурам текучести образцов (в области 80–90 °С).

В главе 3 приведены эксплуа­тационные параметры защитных материалов, полу-ченных смешением модифицированного продукта с неорганическими веществами, придающими композиции требуемую консистенцию, укрывистость и ряд других не-обходимых свойств. Использование в качестве связующего компонента модифици-рованных карбамидом силикатов натрия и калия с исходной плотностью 1,15–1,30 г/см3 приводит к ухудшению водоустойчивости готового материала. В то же время из силикатов плотностью 1,35–1,41 г/см3 c отношением SiO2/Ме2O=2,6–3,3 при темпера-туре 60–80 °С и концентрации модификатора 5–10 мас. % получен продукт, на базе которого впервые созданы жизнеспособные материалы для защиты минеральных под-

ложек. Установлено уравнение смываемости пленок таких материалов (Y, %) с мине-ральных подложек при нагрузке 20 Н, коррелирующее со временем обработки (Х, ч):

. (8) (3.1)(

R2 = 0,906 при Х = 1–10; коэффициенты даны с погрешностью: р1 =15,48 ± 1,84; р2 = 3,87 ± 0,11; р3 = ­–5,49 ± 0,66; р4 = 1,59 ± 0,02. Графическая интерпретация на модели показывает, что минимум смываемости пленок защитных материалов отвеча-ет продолжительности обработки карбамидом 2–3 ч.

Выявлено, что для получения водоустойчивых и эластичных покрытий ( 10 мм) в рецептуры материалов, наряду с химическим модификатором (карбамид, неоргани-ческие пигменты), необходимо вводить и физический модификатор. Отличные ре-зультаты достигнуты с использованием 50 %-ных водных дисперсий бутадиенсти-рольных латексов СКС-65-ГП, БС-65-К-3 и их смесей (1:1), взятых в количестве 15–20 мас. %. Повышению физико-механических свойств Км благоприятствует наличие в составе твердой фазы оксида алю­миния (5–8 мас. %), что объясняется об­разованием алюмосиликатных связей и формированием пленки, прочность которой коррелирует с возрастанием силы поля введенного катиона металла в ряду Al>Fе>Мg>Co.

На базе совместного химического (при 70 °С) и физического модифицирования си-ликатов калия и натрия была создана широкая гамма защитных материалов с богатой цветовой гаммой, превосходящих известные материалы по кроющей способности (на 13–80 %), в том числе силикатную краску фирмы BASF – по твердости (на 20–50 %) и водоустойчивости (табл. 2). Количество карбамида составляло 5–10 % от массы раствора, а бутадиенстирольного латекса – 15 мас. %. Цветовое решение осуществля-лось путем замены части мела (15–30 мас. %) в составе твердой фазы композиции неорганическим пигментом или наполнителем, придающим необходимые цвет и укрывистость, – ZnO (обр. 1), ТiO2, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3 (обр. 2), FeO(ОН), Cu(OН)2, Cr(OН)3 и др. Выявлено, что введение до 15 мас. % гидроксида меди, железа (III) и хрома (III) обеспечивает покрытию дополнительную водостойкость и твердость (на 20–30 % выше прочих), способствует повышению в 1,4–1,8 раз кроющей способности и, следовательно, численно сопоставимого снижения расхода материала по сравнению с типовыми составами, включающими Ca3(ВО3)2 и ZnO. Жизнеспособность (120 сут.) и стабильность при хранении дают возможность выпускать новые материалы в одной упаковке, в виде смесей модифицированных силикатов и неорганических пигментов, что упрощает транспортировку к месту употребления и их использование (исключается операция дозировки фаз). Применение в качестве связующего компо-нента силиката натрия позволяет снизить их стоимость. Разработанные составы, за-щищенные 5 патентами РФ, независимо от вида неорганических пигментирующих ве-ществ, не оказывают вредного влияния на экологию окружающей среды, что позво-ляет решить задачу производства многокомпонентных композитов нового поколения в рамках приоритетных направлений развития науки и техники Федеральной целевой Программы на 2002–2006 гг. (раздел «Производственные технологии»).

Также впервые создан ряд одноупаковочных материалов, включающих неоргани- ческие промышленные отходы и отличающихся дешевизной и повышенными защит-

Таблица 2. Сравнительная характеристика свойств разработанных одноупаковочных защитных материалов и силикатной краски фирмы BASF

Показатель Образец 1 (мел, тальк, ZnO) Образец 2 (мел, тальк, Fe2O3) Образец фирмы BASF
Внешний вид материала Однородная густая паста без запаха Однородная густая паста без запаха Густая паста с запахом аммиака
Внешний вид пленки Белая матовая Красная матовая Белая матовая
Разбавление водой до вязкости 18–20 с, % 24,7 24,7 35,0
Содержание нелетучих веществ, % 47,4 46,6 51,5
рН по индикаторной бумаге >10 >10 >10
Степень перетира по прибору «Клин», мкм 80 80 150
Время высыхания от «пыли», мин.
15 15 15
Прочность пленки при ударе, кг м 50 50 50
Твердость, у.ед.: через 1 сут. через 3 сут. через 10 сут. 0,26 0,27 0,29 0,29 0,30 0,32 – 0,25 0,28
Укрывистость на сухую пленку, г/м2 220 120 140
Устойчивость к статическому воздействию воды при (20±2)°С, через 24 ч без изменений без изменений крупные «ржавые» пятна
Смываемость пленки под действием нагрузки 20 Н, % 7,9 9,3 10,0

ными свойствами при нанесении на минеральные подложки. Установлено, что в пигментную часть композиций можно вводить до 2530 мас. %. просеянной фракции золы (размер частиц 50 мкм) – алюмосиликатного отхода теплоэлектростанций, ра-ботающих на твердом топливе. Выявлены оптимальные реологические характерис-тики композиций, включающих золу: полная мощность на течение 1,0–3,0 МВт/м3; константа консистенции 25–55 Пас; индекс течения 0,14–0,35. Из них были изготов-лены материалы со временем жизни 120–150 сут. и укрывистостью выше – в 2 раза по сравнению с таковыми, включающими соединения цинка, и на 13–25 %, чем у аналогов, содержащих Fe2O3; параллельно возрастает водоустойчивость и в 1,3–1,5 раз твердость покрытий. Эти материалы рекомендуются к использованию в крупных промышленных центрах, когда воздух содержит много пылевидных частиц, и кон-кретно – для защиты поверхностей, расположенных на малом расстоянии от земли.

Показаны перспективы полной замены неорганической пигментной части отходом производства ронгалита (ОПР) – порошком прокаленной окшары, используемым для получения цинковых белил и содержащим 80,0–88,5 мас. % оксида цинка и 9,0–13,0 мас. % металлического цинка. Выявлено оптимальное количество цинксодержащей твердой фазы в силикатной Км (ОПР: силикат = 1:1); латекс требуется вводить в количестве 2025 мас. % при малых добавках воды ( 5 мас. %). Установлены реологические характеристики одноупаковочных материалов, включающих ОПР: полная мощность на течение 1,0–3,3 МВт/м3; константа консистенции 35–70 Пас; индекс течения 0,24–0,40. Таковые использованы в Иваново и Иванов­ской области при защите фасадов зданий и сооружений; разработаны технические условия и технологический регламент их производства. К середине 90-х гг. выпуск материала «Силикат-1» на АО «Ивхимпром» превысил 100 т/год (при потребности по г. Иваново ~30 т); экономический эффект от внедрения составил 26,96 млн. руб. в ценах 1994 г.

Использование материалов из модифицированного силиката натрия, смешанного с мелом, тальком, Fe2O3 и молотыми отходами стекольного производства (ОСП) в коли-честве 56 % от массы пигментной части, обеспечивает, по сравнению с известными составами, следующие преимущества: кроющая способность повышается в 1,5–1,7 раз; твердость покрытий из них возрастает на 22–53 %. Оптимальное массовое от-ношение отходов стекольного производства к Fe2O3 в таких композициях – 1:3 1:6. Установлены реологические характеристики жизнеспособных силикатных материа-лов для защиты минеральных подложек с включением ОСП: полная мощность на те-чение 0,73–1,0 МВт/м3; константа консистенции 45–70 Пас; индекс течения 0,21–0,25. Выявлено, что в составах могут утилизироваться не только отходы производства стеклянных изделий и листового стекла, но и сточные воды химических предприятий, содержащие формальдегид в концентрации 0,5–10,0 г/л, – в качестве разбавителя Км.

Впервые созданы одноупаковочные материалы, включающие шламовые пасты электрохимических производств состава, мас. %: Cu2+ 0,2–2,1; Fe (III) 0,7–6,0; Ni2+ 0,01–0,36; Zn2+ 0,08; Cr (III) 0,03–0,05; Pb2+ 0,01–0,07; Ca2+ 21,5–26,0; вода – ос-тальное. Нами прогнозировалось, что присутствующие в шламах ионы металлов, обладая коагулирующим действием в растворах силикатов, будут способствовать возникновению новых гидратных образований, влияющих на прочность и деформа-цию усадки продуктов. Роль соединений железа сводится к тому, что они дают водо-нерастворимые силикаты и образуют на подложке твердые и прочные пленки (табл. 3); оксиды и гидроксиды меди улучшают декоративные характеристики композиций, повышают их бактерицидные свойства. Соединения кальция относятся к добавкам осаждающего типа, обеспечивающим пространственную полимеризацию силикатов:

полимеризация

истинный раствор коллоидные частицы (золь)

агрегация конденсация

сетка частиц (гель) ксерогель. (9)

Результат замены традиционно используемых неорганических веществ (мел, тальк, ZnO, см. табл. 3, композиция (0)), наряду с удешевлением композиционных материалов, выражается в повышении адгезии к влажной подложке, укрывистости (в пределах 110–150 г/м2) и на 7–30 % твердости пленок (до 0,39 у.ед., табл. 3).

Данные по вымываемости соединений металлов из пленок под струей воды с температурой (20±2) °С при истирании в течение 30 с щеткой ГОСТ 6388-85 (нагрузка 20 Н) показали, что созданные материалы не уступают аналогу фирмы BASF, а при статическом воздействии на них влаги концентрация загрязняющих веществ в водах, принимаемых в систему канализации, находится в пределах нормативно-допустимых значений. Материалы «Силикат-2» IV класса опасности (вещества малоопасные) апробированы и внедрены на заводах «Процессор» и строительных алюминиевых конструкций (Воронеж); технологический регламент разработан с учетом включения в производственный цикл шламов, получаемых на указанных предприятиях.

Таблица 3. Свойства композиций из силиката натрия (1,36), включающих смеси металлов шламовые пасты

№ композиции и отношение СН: Мод: ШП* Наименование показателя
Укрывис-тость, г/м2 Время отверж-дения, ч Твердость через 24 ч, у.ед. Прочность пленки при изгибе, мм Водоустой- чивость, через 24 ч Жизне-способ-ность, сут.
(0) Типовая ПЧ 150 7,0 0,29 10 без изм. 120
(1) СН:Мод:ШП = 3:2:4 110 6,0 0,30 10 без изм. 120
(2) СН:Мод:ШП = 4:3:10 110 6,0 0,32 10 без изм. 120
(3) СН:Мод:ШП = 3:2:9 110 6,0 0,30 10 без изм. 120
(4) СН:Мод:ШП = 3:2:5 150 5,5 0,39 10 без изм. 120
(5) СН:Мод:ШП = 6:3:11 150 5,5 0,39 10 без изм. 120
(6) СН:Мод:ШП = 3:2:6 150 5,5 0,37 10 без изм. 120


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.