DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 12.11.2009

Материалы

загрузка...

«самозатухающие нанокомпозиты на основе модифицированного полиэтилена высокой плотности и антипиренов»

Хашхожев Эльдар Русланович, 12.11.2009

 

Комплексный анализ полученных в работе результатов позволяет утверждать, что рациональное совмещение механизмов упрочнения матрицы полимеров при помощи УДЧ и повышения огнестойкости при помощи АП позволяет получение самозатухающих композитов с высоким уровнем физико-химических свойств и экологической безопасности. Очевидно, что значимость полученных результатов требует их интерпретации в рамках современных концепций и моделей. В качестве последних в работе рассмотрены теории нецепной стабилизации полимеров от термоокисления с элементами кластерной модели аморфного состояния аморфно-кристаллических полимеров и теплового самовоспламенения конденсированных материалов.

Нецепная стабилизация основана на принципе дезактивации инициаторов и реагентов набора реакций термоокисления по схеме:

A + Z ? AZ + инертные продукты,

где А – инициатор и реагент термоокисления, как правило О2; Z (Fe/FeO – УДЧ) их акцептор.

Основным критерием реализации нецепной стабилизации является неравенство WZ+O2 >> WРH+O2, где WZ+O2 и WРH+O2 скорости взаимодействия кислорода с акцептором-модификатором Z и полимером РН соответственно.

Выражение, определяющее условия эксплуатации и ресурс жизни полимера ? определяется так:

где k ? 1; L – геометрический размер; DO2 – коэффициент диффузии кислорода в полимер; [O2]0 - растворимость кислорода в полимере; ?0 – ресурс эксплуатации немодифицированного полимера.

Теория и механизм теплового самовоспламенения конденсированных материалов предполагает реализацию самовоспламенения, когда Q+?Q- , где Q+ - тепловыделение, Q- - теплоотвод в объеме вещества. Наступление теплового самовоспламенения определяется неравенством ? > ?*, где ? – безразмерный параметр, определяемый характером химических реакций, теплоотводом и геометрией тела (L):

Е – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная; z – предэкспоненциональный множитель, ? – коэффициент теплопроводности, Т0 – температура среды.

Совместный анализ выражений (1) и (2) показывает их общность и последовательность в процессах термоокисления и теплового самовоспламенения. Воспользовавшись этим обстоятельством и выражая оба уравнения через общий и важный параметр L, после ряда преобразований

Из обобщенного выражения (3) следует, что повышению огнестойкости НК ПЭВП + Z + АП способствуют:

Повышение Е более чем в два раза для НК ПЭВП + Z, что приводит к повышению температурного порога начала процессов термоокисления и газификации полимера;

Снижение теплового потока от пламени на полимер за счет создания коксового барьера на адсорбционных поверхностях Fe; FeO; Fe2O3, компонентов АП.

Превышение концентрации негорючих веществ – продуктов конверсии полифосфата аммония над горючими, процессы интумесценции.

, что обеспечивает дополнительное связывание кислорода в предпламенной

Пониженная растворимость кислорода [О2]0 за счет реакции Z + O2? ZO2

Многократное понижение проницаемости О2 в полимер, затрудняющее продвижение фронта горения вглубь материала в результате кислородного «голодания» предпламенных зон.

Пониженное значение [Z] в 4 – 5 раза по сравнению со стандартными значениями концентрации промышленных антиоксидантов.

Увеличенное значение ресурса ?, характерное для нецепной стабилизации.

Анализ и обобщение выше приведенных факторов предполагает значительное повышение ? и ?* и смещение условий теплового самовоспламенения в сторону превышения Q-, т.е. Q+ < Q-, что обуславливает понижение горючести конденсированного полимера до достижения порога самозатухания.

Таким образом, объединенная теория нецепной стабилизации и теплового самовоспламенения конденсированных материалов позволяет корректное объяснение механизмов упрочнения и повышения огнестойкости нанокомпозитов на основе ПЭВП, ультрадисперсных частиц и антипиренов.

1. Разработаны и исследованы физико-химические свойства самозатухающих композитов на основе ПЭВП и антипиренов последнего поколения, различного механизма действия.

2. Показано, что бромированные антипирены обеспечивают порог самозатухания при более низких концентрациях (15 % масс.) по сравнению с соединениями алюминия и полифосфатами аммония (30 % масс.). Выявлена тенденция понижения основных эксплуатационных характеристик для самозатухающих композитов ниже нормативных показателей, что указывает на необходимость усиления матрицы ПЭВП.

3. В рамках выполнения работы разработан механизм упрочнения матрицы ПЭВП с использованием наночастиц Fe/FeO, приготовленных по модифицированной технологии.

4. Разработаны и исследованы самозатухающие нанокомпозиты состава: ПЭВП + Fe/FeO + АП. Оптимальными свойствами обладают нанокомпозиты ПЭВП + Fe/FeO + АП, содержащие 30 % масс. безгалогенных антипиренов. Такие нанокомпозиты демонстрируют физико-химические свойства на уровне или выше, чем промышленные рецептуры и обладают повышенным уровнем экологической безопасности.

5.Впервые в рамках теории нецепной стабилизации термоокисления с элементами кластерной модели аморфного состояния аморфно-кристаллических полимеров и теплового самовоспламенения конденсированных материалов выполнена интерпретация механизмов упрочнения и повышения огнестойкости разработанных нанокомпозитов ПЭВП+Fe/FeO+АП.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Хашхожев, Э.Р. Усиленный многокомпонентный нанокомпозит с повышенной огнестойкостью на основе полиэтилена высокой плотности. [Текст] / Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 162-165.

Хашхожев, Э.Р. Эффект синергизма в самозатухающих композициях модифицированного ПЭНД [Текст] / Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова, В.А. Ортанова, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 148-151.

Хашхожев, Э.Р. Огнестойкость нанокомпозитов на основе ПЭВП [Текст] /Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 151-154.

Хашхожев, Э.Р. Термические свойства самозатухающих нанокомпозитов на основе полиэтилена высокой плотности [Текст] / Э.Р. Хашхожев, Л.А. Шокумова, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 154-156.

Хашхожев, Э.Р. Механизм упрочнения литьевых марок газофазного полиэтилена [Текст] / Л.Х. Шокумова, Э.Р. Хашхожев, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 174-177.

Хашхожев, Э.Р. Реологические и механические свойства самозатухающих композитов ПЭНД [Текст] / А.В. Таов Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова, В.А. Ортанова, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 141-144.

Хашхожев, Э.Р. Самозатухающая полимерная композиция на основе полиэтилена высокой плотности [Текст] / Э.Р. Хашхожев, В.А. Ортанова, В.А. Крупин, Н.И. Машуков // Материалы I – Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты». - Нальчик. : КБГУ, 2007. - С. 156-162.

Хашхожев, Э.Р. Анализ механизмов создания усиленных самозатухающих нанокомпозитов на основе ПЭ и УДЧ и антипиренов [Текст] / Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова. // Материалы III – Международной конференции «Перспектива-2008». - Нальчик. : КБГУ, 2008. - Т.III. С. 230-233.

Хашхожев, Э.Р. Интерпретация механизмов упрочнения и повышения огнестойкости нанокомпозитов на основе ПЭВП и ультрадисперсных частиц Fe/FeO в рамках теории нецепной стабилизации и теплового воспламенения конденсированных материалов [Текст] / Н.И. Машуков, Э.Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова // Известия КБНЦ РАН. - Нальчик. : 2008. - № 3 С. 117-122.

Хашхожев, Э.Р. Трактовка механизмов упрочнения и повышения огнестойкости нанокомпозитов на основе полиэтилена и ультрадисперсных частиц Fe/FeO в рамках теории нецепной стабилизации [Текст] / Э. Р. Хашхожев, Л.Х. Шокумова, М.Л. Шериева, З.Л. Бесланеева, Н.И. Машуков // Пластические массы. - Москва. : 2008. - № 11. С. 38-40.