авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный

университет

кино и телевидения»

НАУКОЕМКИЕ

ТЕХНОЛОГИИ

Сборник научных статей

по материалам межвузовской

научно-практической

конференции

Санкт-Петербург

2014

Наукоемкие технологии: Сборник научных статей по материалам межвузовской научно-практической конференции, 20 марта 2014 г. – СПб.: изд. СПбГУКиТ, 2014. – 140 с.

ISBN 978–5–94760–132–9 В сборнике представлены научные статьи участников конференции, написанные по материалам докладов, посвящённых исследованиям в области материаловедения и технологии материалов.

Научный руководитель конференции доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии полимеров и композитов СПбГУКиТ О.Э. Бабкин Составитель В.В. Ильина ISBN 978–5–94760–132– © СПбГУКиТ, Обращение к авторам С начала ХХI века произошла целая серия технологических и фун даментальных открытий в области микро- и наноэлектроники, радиофизи ки, оптоэлектроники и лазерной техники, химии и катализа, современного материаловедения – появились «умные материалы», произошло бурное развитие информационных технологий. Достигнутые значимые результа ты в науке породили развитие наукоемких технологий и, как следствие, наукоемких продуктов – основу развития современной экономики.

Научно-технический прогресс ХХI века приобрел новое качество, заключающееся во взаимодействии науки, техники и производства и при ведшее к значительному ускорению внедрения научных знаний. Фактиче ски возникла конкуренция между научным знанием и техническим совер шенствованием производства, стало экономически более выгодным разви вать производство именно на базе новых научных идей, нежели на базе существующей техники. В результате, изменилось взаимодействие науки и производства: если раньше техника и производство развивались вследст вие накопления эмпирического опыта, то теперь они развиваются в резуль тате развития наукоемких технологий, использующих достижения фунда ментальных и прикладных наук.

Наукоемкие технологии представляют собой интегрированные пото ки знаний, связанных и обогащающих друг друга. Для них характерны рас пространение одной и той же научно-технической идеи в другие отрасли, адаптация новых методов и продуктов для других сфер, создание новых сфер применения процессов и принципов, формирование новых секторов рынка, что приводит к мировой технологической кооперации, межстрано вому технологическому трансферу, созданию территориальных научно промышленных комплексов. Можно сказать, наукоемкие технологии в на стоящее время становятся базой развития мировой экономики.





И в ваших руках, руках молодых ученых России, сейчас ее будущее:

будущее вас самих и ваших детей. Занимаясь научными исследованиями, разрабатывая технологии новых веществ и материалов, внедряя инновации в производство, неважно в какой конкретно сфере – химической техноло гии, экологии и ресурсосбережении, безопасности жизнедеятельности, ме диаиндустрии, – вы сегодня закладываете фундамент инновационной эко номики завтрашнего дня, экономической независимости и развития Рос сии.

Профессор, доктор технических наук академик Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы Олег Эдуардович Бабкин УДК 614.841. ВЛИЯНИЕ РЕАГЕНТНОЙ И БЕЗРЕАГЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ КЕРОСИНОВ НА ТЕМПЕРАТУРУ ИХ ВСПЫШКИ А.Н. Емельянова Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России Аннотация. Показано, что при модификации углеродными наноча стицами и при воздействии переменного частотно-модулированного по тенциала происходит повышение показателей пожарной опасности горю чих жидкостей.

Ключевые слова: керосин, углеродные нанотрубки, температура вспышки, переменный частотно-модулированный потенциал.

Обеспечение пожарной безопасности при обращении с нефтепродук тами является неотъемлемой функцией государства. Основная причина пожаров и взрывов на предприятиях нефтепромышленности заключается в неправильном обращении с нефтепродуктами. При прогнозировании веро ятности возникновения и развития пожара необходимо учитывать пожаро и взрывоопасные свойства обращающихся веществ и материалов, которые характеризуют способность веществ воспламеняться и гореть, образовы вать с воздухом взрывоопасные смеси в условиях их производства, перера ботки, транспортировки и хранения.

Нефтепродукты, в частности авиационные и автомобильные бензи ны, характеризуются взрыво- и пожароопасностью. Для предотвращения развития пожаров необходимо не только исключить возможность образо вания горючей среды и источников зажигания в ней, но также соблюдать требования нормативных документов при обращении с нефтепродуктами.

Кроме того, весьма заманчивы попытки изменить их эксплуатационные свойства, в частности показатели пожарной опасности. Такое изменение возможно благодаря реагентным и безреагентным методам.

Реагентный метод предполагает использование модифицирующих веществ, т.е. веществ, введение которых приводит к изменению физико химических свойств исследуемых жидкостей.

Поскольку в настоящее время большое внимание уделяется разви тию нанотехнологий, представляется возможным использование наноча стиц для снижения пожарной опасности веществ и материалов. В сфере пожарной безопасности предлагается использовать наноматериалы для создания огнетушащих веществ, защитной одежды спасателей и пожарных [1].





Пожарная опасность горючих жидкостей характеризуется группой горючести, температурой вспышки, температурой самовоспламенения, концентрационными и температурными пределами распространения пла мени.

В Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России исследовали влияние модифицирующих веществ на температуру вспышки моторных топлив.

В качестве исследуемой жидкости был выбран керосин марок ТС- и КО-25. Модифицирующими веществами являлись углеродные нанотруб ки (УНТ), представляющие собой протяженные цилиндрические структу ры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей [2]. Эта форма углерода по своей структуре занимает промежуточное положение между графитом и фуллереном. Однако многие свойства углеродных нанотрубок не имеют ничего общего ни с графитом, ни с фуллереном. Это позволяет рассматри вать и исследовать нанотрубки как самостоятельный материал, обладаю щий уникальными физико-химическими характеристиками.

Сущность экспериментального определения температуры вспышки заключается в нагревании определенной массы вещества в закрытом тигле по Пенски-Мартенсу, с заданной скоростью, при периодическом зажига нии выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия вспышки при фиксируемой температуре [3].

УНТ были получены методом каталитического пиролиза углеводо родов [4]. Растворение УНТ в керосине проводилось с помощью ультра звука с частотой 100 кГц.

Для генерации переменного частотно-модулированного потенциала (ПЧМП) использовали генератор, изготовленный на экспериментально опытном заводе при Санкт-Петербургском государственном технологиче ском институте (Техническом университете) согласно ТУ 4218-001 56316494-2004 [5].

Проведенные исследования показали, что при введении в керосин углеродных нанотрубок происходит повышение температуры вспышки об разцов [4]. Полученные результаты представлены на рис.1, 2.

Из графиков видно, что с увеличением концентрации углеродных нанотрубок происходит повышение температуры вспышки. Наблюдаемый эффект может быть объяснен изменением скорости испарения жидкостей, что, в свою очередь, приводит к увеличению времени и температуры обра зования концентрации паров жидкости, достаточной для ее воспламенения.

Рисунок 1 – Изменение температуры вспышки керосина ТС- в зависимости от концентрации УНТ %, масс Рисунок 2 – Изменение температуры вспышки керосина КО- в зависимости от концентрации УНТ Исходя из результатов исследования, можно сделать следующие вы воды:

увеличение температуры вспышки, возможно, объясняется изме нением скорости испарения исследуемых веществ;

воздействие ПЧМП позволяет пролонгировать сохранность полу ченных свойств авиакеросина;

перевод жидкостей из состояния легковоспламеняющихся в го рючие позволит существенно снизить их опасность;

одним из принципиально новых способов повышения взрывобе зопасности процессов транспортировки горючих жидкостей мо жет быть внесение в них наночастиц и воздействие переменного частотно-модулированного потенциала.

В настоящее время эти исследования не закончены – не изучено воз действие углеродных нанотрубок на эксплуатационные свойства авиаци онных топлив, что, несомненно, требует дальнейших экспериментов. Пла нируется провести исследования по влиянию углеродных наночастиц на остальные показатели пожарной опасности горючих жидкостей.

Литература 1. Копылов С.Н., Баратов А.Н., Казаков А.В., Бухтояров Д.В., Щур И.А. Нанотехнологии и пожарная безопасность // Пожарная безопас ность. 2011. № 3. URL: http://www.pb.informost.ru/jurnals/3-2011.php 2. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и мате риалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

3. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность ве ществ и материалов и средства их тушения: Справочник: В 2-х ч. – 2-е изд., перераб. и доп.// М.: Пожнаука, 2004. Ч.1. 713 с.

4. Иванов А.В., Ивахнюк Г.К., Емельянова А.Н. Исследование влияния углеродных нанотрубок на температуру вспышки керосина в услови ях воздействия переменного частотно-модулированного потенциала// Проблемы управления рисками в техносфере. 2013. Вып. №3 (27).

С.53-57.

5. Иванов А.В. Снижение пожарной опасности процессов пнев мотранспорта и диспергирования твердых материалов путем нейтра лизации статического электричества: Автореф. дис. … канд. техн.

наук: специальность 05.26.03 – Пожар. и пром. безопасность. СПб.

ун-т Гос. противопожар. службы. – СПб, 2006. 22 с.

УДК 621.794:541. ПОЛИМЕРНО-НЕОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОЗИТЫ С УЛУЧШЕННОЙ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ Е.С. Васина, С.В. Мякин, М.М. Сычев Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет) Аннотация. Изучено влияние химического модифицирования субмикронного титаната бария шунгитовым наноуглеродом на диэлектрические свойства композитов, получаемых путем его введения в состав цианэтилового эфира поливинилового спирта. Установлено, что модифицирование наполнителя позволяет варьировать диэлектрическую проницаемость в широких пределах посредством регулирования межфазных взаимодействий в системе за счет изменения содержания активных центров с рКа=12,8 на поверхности титана бария, соответствующих основным гидроксильным группам (бренстедовским центрам), способным к взаимодействию со слабокислыми гидроксильными группами в составе ЦЭПС. Показано, что полученные результаты хорошо аппроксимируются модифицированным уравнением Лихтенеккера, описывающим межфазные взаимодействия в композитах.

Показано также, что тангенс угла диэлектрических потерь исследуемых композитов коррелирует с содержанием поверхностных центров с рКа=2,5.

Ключевые слова: диэлектрические полимерно-неорганические композиты, титанат бария, модифицирование, центры адсорбции на по верхности, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь.

Полимерно-неорганические композиционные материалы с высокой диэлектрической проницаемостью () являются необходимыми для созда ния защитных диэлектрических слоев в составе конденсаторов, дисплеев, электролюминесцентных источников света и других электронных уст ройств благодаря сочетанию свойств полимера с функциональными свой ствами наполнителя. В настоящее время в качестве таких материалов при меняют композиты на основе сегнетоэлектрического наполнителя титана та бария, обладающего одним из наивысших значений среди неоргани ческих материалов (~ 4400) и цианэтилового эфира поливинилового спирта (ЦЭПС) в качестве полимерной матрицы с одним из наиболее высоких значений диэлектрической проницаемости среди полимерных материалов (~ 19).

Для создания полимерного композита с улучшенными свойствами важным моментом является улучшение взаимодействия в системе матри ца-наполнитель. В связи с этим возможным эффективным подходом к улучшению диэлектрических характеристик композиционных материалов является управление функциональным составом поверхности дисперсного наполнителя для обеспечения лучшей совместимости компонентов. В по следнее время особое внимание уделяется кислотно-основным взаимодей ствиям и их роли в образовании межфазных связей, поскольку диэлектри ческие свойства композита, представляющего собой конденсатор с после довательным соединением различных материалов, определяются не только диэлектрическими свойствами его компонентов, но и их совместимостью, т.е. способностью к взаимодействию друг с другом с образованием систе мы связей и однородного по составу и структуре материала.

В ранее выполненном нами исследовании [1-3] было показано, что модифицирование поверхностного слоя BaTiO3 нанесением слоя оксида кремния приводит к существенному повышению диэлектрической прони цаемости соответствующих композитов за счет формирования определен ных функциональных групп, способствующих усилению взаимодействия между наполнителем и матрицей ЦЭПС. В данной статье поверхность мо диицировали структурирующей добавкой – наночастицами шунгитового углерода. Как известно из литературных данных, углеродные наночастицы и нановолокна вызывают повышенное внимание в связи с перспективами их применения в различных областях науки и техники. Введение в компо зит проводящих частиц приводит к росту диэлектрической постоянной ма териала.

Титанат бария марки HPBT-1B производства Fuji Titanium (Япония) с размером частиц 300-400 нм и диэлектрической проницаемостью 4400 модифицировали формированием на его поверхности слоев углерод ных наночастиц. Осаждение указанных слоев осуществляли из устойчивой водной дисперсии наночастиц шунгитового углерода (ШУ) согласно мето дике, подробно рассмотренной в [4]. Для синтеза использовали дисперсии с концентрацией ШУ 0,012 и 0,144 мг/л в количестве 50 мл, которыми об рабатывали титанат бария. Порошок BaTiO3 заливали дисперсией, выдер живали в течение суток при периодическом перемешивании, после чего конденсировали на воздухе до полного испарения воды.

Функциональный состав поверхности образцов модифицированного BaTiO3 исследовали методом адсорбции кислотно-основных индикаторов с различными значениями рКа в интервале от –4,4 до 14,2, которые селективно сорбируются на поверхностных функциональных группах с соответствующими значениями рКа. Содержание соответствующих центров адсорбции определяли по изменению оптической плотности стандартных растворов индикаторов с использованием спектрофотометра СФ-46 (ЛОМО, Санкт-Петербург).

В соответствии с оптимизированной по данным ранее проведенных исследований [5, 6] методикой полученные наполнители диспергировали в 5 мл 30 мас.%-го раствора ЦЭПС 34 (производства АО «Пластполимер», Санкт-Петербург, 19) в диметилформамиде в расчетном количестве, соответствующем концентрации наполнителя 40 об.% в сухом композите.

Затем полученные образцы перемешивали в стеклянных емкостях на вращающихся валках в течение 2 ч.

Толщина слоев композитов после высушивания в вакууме составила около 100 мкм. Затем на поверхность исследуемых слоев были нанесены контакты из галлий-индиевой эвтектики и при помощи дополнительных электродов измерены значения тангенса угла диэлектрических потерь и емкости с применением измерителя иммитанса E7-20 при температуре T=291K, на основании которых рассчитаны значения диэлектрической проницаемости.

Полученные результаты, приведенные в табл. 1, показывают, что осаждение слоя углеродных наночастиц оказывает значительное влияние на диэлектрические свойства исследуемых композитов.

Таблица 1 – Диэлектрические свойства и состав поверхности исследуемых композитов Содержание Удельная Диэлектрические Содержание центров адсорбции, ШУ, проводимость, характеристики мкмоль/г мг/г См/м 12,8 7,3 4,1 2, tg 5,70 10-9 150,0 0,084 3,12 0,91 1,50 0, 0, 4,66 10-8 247,8 0,091 3,38 1,25 1,52 1, 0, 5,76 10-9 103,3 0,084 2,41 3,80 0,025 7, 0, 6,07 10-9 107,1 0,099 2,80 3,40 0,77 11, 0, 4,24 10-9 113,8 0,083 3,12 0,91 1,50 0, 1, 1,92 10-8 68,0 0, 2,48 2,27 4,20 0,36 0, Диэлектрическая проницаемость исследуемых композитов, измерен ная в интервале частот от 25 Гц до 1 МГц, представлена на рис.1. С увели чением частоты электрического поля диэлектрическая проницаемость за кономерно снижается, особенно в области низких частот. С ростом часто ты значение tg для образцов уменьшается, достигая минимума на частоте 10 кГц. При дальнейшем росте частоты поля происходит увеличение зна чений тангенса угла диэлектрических потерь.

f, Гц Рисунок 1 – Частотная зависимость диэлектрической проницаемости композитов с наполнителем BaTiO3, модифицированным введением углеродных наночастиц На частоте 50 Гц для всех исследуемых образцов наблюдается про вал, связанный с наложением на сигнал частоты питающей сети (рис.2).

Наличие возрастающей ветви на зависимости tg (f) позволяет сделать вы вод о том, что наряду с потерями на электропроводность вносят свой вклад и процессы релаксационной поляризации. Общее сопротивление материа ла снижается по мере увеличения частоты поля (рис.3).

tg f, Гц Рисунок 2 – Частотная зависимость тангенса диэлектрических потерь композитов с наполнителем BaTiO3, модифицированным введением углеродных наночастиц Z, кОм f, Гц Рисунок 3 – Частотная зависимость полного сопротивления композитов с наполнителем BaTiO3, модифицированным введением углеродных наночастиц Зависимость диэлектрической проницаемости от содержания ШУ имеет нелинейный характер, проходя через максимум при содержании ШУ 0,4 мг/г (~250) и снижаясь при дальнейшем увеличении количества вводимого ШУ (рис.4). При этом удельная проводимость образцов не возрастет (рис.5).

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0, ШУ, мг/г Рисунок 4 – Зависимость диэлектрической проницаемости композитов от содержания ШУ на поверхности BaTiO Таким образом, рост диэлектрической проницаемости связан не с электрическим влиянием вводимого ШУ, тем более учитывая его ничтожное количество, менее 0,25%.

Известно, что при таких малых концентрациях [7] углеродные наполнители не оказывают существенного влияния на электрические свойств композитов, тогда как в данном случае диэлектрической проницаемость варьируется от 68 до 250, т.е. более чем в 3 раза.

Соответственно можно полагать, что на электрические свойства в данном случае в основном влияет изменение свойств поверхности модифицированных образцов.

5, 4, 4, 3, 10-8, См/м 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, 0 0,5 1 1,5 2 2,5 ШУ, мг/г Рисунок 5 – Зависимость проводимости композитов от содержания ШУ на поверхности BaTiO Введение углеродных наночастиц приводит к изменению состава поверхности титаната бария по сравнению с исходным немодифицированным образцом. Введение наноуглерода приводит к изменению ее функционального состава, связанному с увеличением содержания кислых гидроксильных групп с рКа=2,5 и рКа=4,1, снижению нейтральных гидроксильных групп с рКа=7,3 и увеличению основных гидроксильных групп с рКа=12,8 (рис.6). Наночастицы углерода адсорбируются на поверхности BaTiO3 в том числе за счет кислотных центров с рКа=4,1 и основных центров с рКа=12,8, в результате чего их количество в целом падает при введении ШУ, за исключением первого образца, возможно из-за каких-то неконтролируемых особенностей его приготовления, и соответственно падает диэлектрическая проницаемость композитов.

В то же время, вся совокупность данных дает высокую положительную корреляцию значения диэлектрической проницаемости композитов с увеличением содержания бренстедовских основных (рКа =12,8) центров на поверхности наполнителя. Это согласуется с ранее полученными результатами, согласно которым именно центры данного типа отвечают за взаимодействие титаната бария с кислотными гидроксильными группами ЦЭПС в составе аналогичных композитов и способствуют росту их диэлектрической проницаемости [1, 2].

Q, мкмоль/г 12, 8 2, 7, 4, 0 1 2 0,5 1,5 2, ШУ, мг/г Рисунок 6 – Распределение центров адсорбции на поверхности модифицированных образцов BaTiO Моделирование влияния наполнителя на диэлектрическую прони цаемость композитов осуществляли с использованием уравнения Лихте неккера [8] k k k 1 1 2 2, (1) где 1, 2 – значения диэлектрической проницаемости титаната бария (4400) и ЦЭПС (19) соответственно;

1, 2 – объемная доля BaTiO3 (0,4) и ЦЭПС (0,6);

k – константа, учитывающая структуру композита.

Поскольку структура композита определяется межфазными взаимодействиями, величина коэффициента k должна определяться их интенсивностью, которая в свою очередь коррелирует с суммарным содержанием центров с рКа=12,8 – Q(12,8). Соответственно величина коэффициента k должна быть связана с величиной параметра Q(12,8). В первом приближении можно считать, что k линейно зависит от содержания на поверхности наполнителя активных центров, по которым идет взаимодействие:

k = m1 + m2* Q(12,8), (2) где m1 и m2 – коэффициенты.

Получаем модифицированную формулу Лихтенеккера:

m1+m2*МФ = 11m1+m2* Q(12,8) + 22m1+m2* Q(12,8). (3) Представленные на рис. 7 экспериментальные данные аппроксими руются модифицированной формулой Лихтенеккера с коэффициентом корреляции 0,92, что указывает на справедливость предложенного подхода к описанию изучаемой системы.

Q (pKa 12,8), мкмоль/г Рисунок 7 – Точки – зависимость диэлектрической проницаемости от содержания центров с рКа =12,8 на поверхности BaTiO3;

линия – аппроксимация с помощью уравнения Лихтенеккера:

– исследуемые композиты, – ранее проводимые исследования Коэффициент m2 в данном случае принимает значение 0,40, что близко к значению 0,34, полученному в ранее проведенных аналогичных экспериментах [9] по модифицированию этого же образца BaTiO3 ШУ (ЦЭПС № 34) также с высоким коэффициентом аппроксимации (0,99). Та ким образом, наблюдается хорошая воспроизводимость результатов ап проксимации.

Помимо диэлектрической проницаемости, важной характеристикой диэлектрических композиционных материалов является тангенс угла ди электрических потерь. Предельные значения tg рассматриваемого компо зита, соответствующие конденсатору с параллельным и последовательным соединением элементов можно рассчитать по следующим формулам [10]:

1 2 tg 1 1 2tg 2 2 0,025 ;

(4) tg min 1 2 1 2 1 2 tg 1 2 2tg 21 0,18, (5) tg max 1 2 2 2 где 2 – объемная доля ЦЭПС;

tg1, tg2 - значения тангенса угла диэлектрических потерь титаната ба рия и ЦЭПС соответственно.

В отличие от диэлектрической проницаемости тангенс угла диэлектрических потерь имеет положительную корреляцию с количеством бренстедовских кислотных центров с рКа=2,5, что согласуется с ранее полученными данными [1]. Полученные экспериментальные данные не выходят за пределы расчетных значений (рис.8).

0, 0, 0, 0, tg 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 1, Q(рКа=2,5), мкмоль/г Рисунок 8 – Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от содержания центров с рКа=2,5 на поверхности BaTiO Направленное модифицирование функционального состава поверхности дисперсного наполнителя позволяет изменять диэлектрическую проницаемость композита состава ЦЭПС-BaTiO3 в диапазоне 68-250 за счет управления межфазными взаимодействиями в системе посредством регулирования содержания активных центров с рКа=12,8 на поверхности титаната бария. Моделирование с использованием модифицированного уравнения Лихтенеккера адекватно описывает экспериментальные результаты и подтверждает адекватность подхода.

В целом полученные результаты перспективны для создания полимерно-неорганических композитов с высокими диэлектрическими свойствами и прогнозирования их характеристик на основе исследования функционального состава наполнителя и моделирования межфазных взаимодействий в системе.

Литература 1. Сычев М.М. Научные основы управления свойствами композицион ных пленок для электролюминесцентных устройств: Дис. … док.

техн. наук, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет). 2013. 289 с.

2. Хамова Т.В., Коловангина Е.С., Мякин С.В., Сычев М.М., Шилова О.А. Модифицирование субмикронных частиц титаната бария золь гель синтезом поверхностных нанослоев SiO2 для изготовления по лимерно-неорганических композитов с улучшенными диэлектриче скими свойствами // Журнал общей химии. 2013. Т.83.Вып.8. С.1365 1366.

3. Мякин С.В., Корсаков В.Г., Панова Т.И., Соснов Е.А., Фомченкова Ю.С., Сычев М.М., Шилова О.А. Влияние модифицирования BaTiO на диэлектрическую проницаемость его композитов с цианэтиловым эфиром поливинилового спирта // Физика и химия стекла. 2011.

Т.37. №6. С.65-73.

4. Рожкова Н. Н. Наноуглерод шунгитов. – Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 100 с.

5. Алексеев С.А., Корсаков В.Г., Сычев М.М., Лихачева О.В., Родионов А.Г., Еженкова Л.Л. Влияние донорно-акцепторных центров поверх ности титаната бария на свойства композитов на основе цианового эфира поливинилового спирта // Журнал физической химии. 2006.

Т.80. №4. С.1-4.

6. Алексеев С.А. Влияние донорно-акцепторных свойств поверхности функциональных наполнителей на характеристики композитов с циановым эфиром поливинилового спирта: Дис. … канд. хим. наук, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет). 2005. 231 с.

7. В.Е. Мурадян, Е.А. Соколов, С.Д. Бабенко, А.П. Моравский. Диэлек трические свойства композитов, модифицированных углеродными наноструктурами, в микроволновом диапазоне // Журнал техниче ской физики. 2010. Т. 80, Вып. 2. С.84-87.

8. Новые материалы / Под ред. Ю.С. Карабасова. – М., 2002. 736 с.

9. Коловангина Е.С., Мякин С.В., Сычев М.М., Рожкова Н.Н. Влияние модифицирования титаната бария частицами шунгитового углерода на диэлектрические характеристики композитов на его основе // Научно-техническая конференция молодых ученых «Неделя науки 2013». СПб, 2013. С.31.

10. Дульнев Г.Н., Волков Д.П., Доброчасов М.В. // Инженерно физический журнал. 1987. Т. 52. Вып. 3. С. 425.

УДК 004.93' СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РАБОТЫ В ЗАДЫМЛЕННОЙ СРЕДЕ А.А. Ульяновский Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России Аннотация. Рассмотрены вопросы, связаные с совершенствованием существующих тепловизионных систем, используемых сотрудниками га зодымозащитной службы МЧС России.

Ключевые слова: тепловизионные системы, тепловизор, газодымо защитная служба, непригодная для дыхания среда.

Работа сотрудников Газодымозащитной (ГДЗС) федеральной проти вопожарной службы (ФПС) МЧС России осложняется воздействием опас ных факторов пожара: открытого пламени, искр, высокого теплового воз действия от нагретых конструкций и очага пожара, сильного задымления помещений и т.д.

Непригодная для дыхания среда (НДС) возникает в результате выде ления продуктов горения, таких как CO и CO2, вследствие чего образуется высокая плотность дыма, который сильно ограничивает возможности со трудников ГДЗС ФПС МЧС России по тушению пожара и проведению аварийно-спасательных работ (АСР). В результате пожарные остаются фактически «слепыми» и выполняют задачу по поиску и спасению постра давших в условиях ограниченной видимости.

Использование тепловизионных приборов (ТПВ) подразделениями ГДЗС ФПС МЧС России может значительно увеличить зону видимости сотрудников в задымленной среде, в результате чего повышается безопас ность личного состава звена ГДЗС и вероятность обнаружения пострадав ших.

Тепловизоры – это устройства, работающие в инфракрасном диапа зоне (ИК-диапазон) волн, предназначенные для обнаружения объектов, из лучающих тепло. Данные устройства известны также как инфракрасные камеры.

Каждое нагретое тело испускает тепловое излучение, интенсивность и спектр которого зависят от свойств тела и его температуры. Принцип действия ТПВ заключается в том, что инфракрасное (тепловое) излучение от исследуемого объекта через оптическую систему (объектив) передается на приемник, представляющий собой тепловизионную матрицу. Далее сформированный видеосигнал посредством электронного блока измерения, регистрации и математической обработки оцифровывается и отображается на экране компьютера или дисплее тепловизора (рис. 1) [1].

Рисунок 1 – Простейшая схема тепловизора Объектив является самым сложным элементом. Цена его может до ходить до 45% от стоимости всего прибора. Использовать обычное стекло для создания объектива невозможно ввиду того, что оно непрозрачно для ИК-излучения с длиной волны 8–12 мкм (в этом диапазоне работает боль шая часть существующих ТПВ). Именно поэтому объектив тепловизора создается из дорогого материала – германия.

Дальность обнаружения объектов в ИК-диапазоне может быть уве личена за счет применения объективов, с переменным фокусным расстоя нием (трансфокаторов). При этом фокусировка ведется как в автоматиче ском, так и ручном режиме.

Другим важнейшим элементом является матрица (рис. 2). Матрица (решетка) миниатюрных детекторов воспринимает инфракрасные сигналы и превращает их в электрические импульсы, которые после усиления пре образуются в видеосигнал. В зависимости от требуемой чувствительности ТПВ имеет охлаждаемую или неохлаждаемую матрицу. Наличие охлажде ния позволяет повысить чувствительность, но при этом растут габариты, увеличивается время выхода на режим работы, повышается стоимость (ох лаждение матрицы производится до температур -210 – -170 °С) [1].

Рисунок 2 – Неохлаждаемая ИК-матрица SB Работа неохлаждаемых матриц основана на тепловом преобразова нии, в основе которого лежат различные эффекты, например зависимость электрического сопротивления от температуры. Такая матрица представ ляет собой набор миниатюрных болометров – приборов для измерения энергии излучения с помощью термочувствительного элемента, погло щающего это излучение).

Основными преимуществами неохлаждаемых ТПВ по сравнению с охлаждаемыми являются относительно низкая стоимость, компактность, начало работы сразу после включения, долгий срок службы при эксплуа тации согласно инструкции производителя, низкое энергопотребление. К сожалению, по температурной чувствительности неохлаждаемые ТПВ ус тупают охлаждаемым, поэтому им требуются светосильные объективы (с высокой пропускной способностью).

Полученное после обработки изображение может быть монохром ным (черно-белым) или цветным. Отображение зависит от интерпретации электроникой получаемого с объектива и проходящего через тепловизион ную матрицу инфракрасного излучения (так, для охранных тепловизоров рекомендуется применение черно-белого варианта для более четкого раз личения образов оператором – рис. 3) [1].

В работах [1, 2] показано, что повышения качества воспроизведения изображения в тепловидении можно достичь за счет использования псев доцветового кодирования изображения. Это позволяет заменить светло серое (темно-серое) изображение на желто-синее, что резко повышает кон трастность изображения и, как следствие, качество восприятия. Принцип псевдоцветового кодирования изображения поясняется на рис. 3: кадр представляет собой условный серый фон с условным параметром «яр кость», равным 128. На кадре 2 появляется изображение человека с услов ной яркостью 150. После обработки сигналов за счет использования псев доцветового кодирования изображение тела человека стало гораздо замет нее [2].

Рисунок 3 – Цветовое выделение изображения на тепловизоре На данный момент, при использовании ТПВ в задымленной среде, одной из проблем, возникающих после обработки сигналов, является появ ление шумов, искажающих изображение воспроизводимого объекта (рис.4).

Рисунок 4 – Монохромные изображения, полученные со стационарных охранных тепловизионных камер Сигнал естественного фона объекта в ИК-диапазоне в большинстве случаев обладает малой мощностью. Поэтому для получения качественно го изображения могут использоваться ТПВ с узконаправленной ИК подсветкой. Для этого тепловизор должен включать в себя модуль ИК подсветки. Его использование позволяет распознать человека в полной темноте на расстоянии до 3 км, что сравнимо с дальностью работы охлаж даемых тепловизоров.

Другим направлением в развитии тепловизионной техники является внедрение функций обнаружения возгораний, предполагающих специаль ный встроенный аппаратный модуль видеоаналитики. Специально разра ботанные алгоритмы позволяют попиксельно анализировать зоны высокой температуры и определять, является ли источник тепла местом возгорания.

На сегодняшний день в структурных подразделениях ФПС МЧС России стоят на вооружении переносные неохлаждаемые ТПВ. Но исполь зуемые приборы имеют ряд недостатков (рис. 5):

отсутствует корректировка изображения, получаемого в непри годной для дыхания среде, вследствие чего возникают различные геометрические шумы на получаемых псевдоизображениях;

информация о наблюдаемом объекте выводится только на дис плей тепловизора (отсутствует модуль передачи данных);

отсутствует резервное копирование (дублирование) отснятых изображений;

корпус прибора не защищен от теплового воздействия, поэтому использование тепловизоров возможно только в отдалении от очага пожара;

при использовании прибора задействуются руки пожарного, ко торый на месте ЧС должен проводить действия по тушению по жара и проведению АСР.

Стоящие на вооружении тепловизионные приборы не адаптированы для работы в НДС. Они могут быть использованы лишь для оценки обста новки в той зоне ЧС, где нет воздействия опасных факторов пожара.

Рисунок 5 – Недостатки тепловизоров, поставляемых в подразделения ФПС МЧС России В настоящее время существует несколько направлений, в рамках ко торых проводятся исследования по совершенствованию тепловизионных систем. Одним из наиболее перспективных является совершенствование алгоритмов обработки сигналов матрицей для распознавания объектов в задымленной среде. Поэтому вопрос разработки алгоритмов обработки и коррекции псевдоизображений, а также адаптации телевизоров для работы в условиях тушения пожаров и проведения АСР является актуальной зада чей.

Литература 1. Бирюк В.В., Матвеев С.Г. Применение тепловизора в энергети ческом машиностроении.– Самара, 2007. 96 с.

2. Никитин С.Н. Видеоаналитика в тепловидении. Необходимость и достаточность // Алгоритм безопасности. 2011. №6.С.24-26.

УДК 678.5. ФОТОПОЛИМЕРИЗУЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ М.Л. Тимофеева, О.Э. Бабкин, В.В. Ильина Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения Аннотация. Рассмотрен процесс получения объемных моделей по восстановленному голограммой действительному изображению объекта.

Метод основан на технологии послойного формирования изделий в среде жидкой фотополимеризующейся композиции. Описаны рецептурные осо бенности композиций.

Ключевые слова: фотополимеризующаяся композиция, голография, УФ-отверждение, быстрое прототипирование.

В настоящее время интенсивно развиваются методы быстрого прото типирования. В отличие от традиционных методов производства быстрое прототипирование изделий не предусматривает удаление материала или изменение его формы механическим путем: метод основан на послойном выращивании объектов из различных материалов по заданной компьютер ной модели. При этом поверхность изделия формируется тем точнее, чем меньше толщина слоев [1, 2]. Существует несколько технологий быстрого прототипирования, которые отличаются исходным материалом и техноло гией нанесения слоев [1]:

стереолитография (STL –Stereolithography);

отверждение на твёрдом основании (SGC – Solid Ground Curing);

нанесение термопластов (FDM – Fused Deposition Modeling);

лазерное спекание порошков (SLS – Selective Laser Sintering);

моделирование при помощи склейки (LOM – Laminated Object Modeling).

Первым разработанным и на сегодняшний день наиболее распро страненным способом быстрого промышленного прототипирования явля ется процесс лазерной стереолитографии. Стереолитография основана на послойном нанесении и затвердевании жидкого фотополимеризующегося материала с помощью УФ-лазера (процесс фотоинициированной полиме ризации), который является основой полученной модели. Готовое изделие обладает достаточной твердостью, жесткостью и устойчивостью к воздей ствию механических нагрузок [1].

Основой стереолитографии является локальное изменение фазового состояния однородной среды (переход «жидкость – твердое тело») в ре зультате УФ-отверждения. Суть этого процесса состоит в создании с по мощью инициирующего, например лазерного, излучения в жидкой реакци онно-способной среде активных центров, которые, взаимодействуя с моле кулами мономера и олигомера, инициируют рост полимерной цепи, т.е.

процесс полимеризации. Следствием полимеризации является изменение фазового состояния среды: в облученной области образуется твердый пла стик. А так как активные центры появляются только в облученной области, то и полимеризация протекает селективно [3].

Однако процесс лазерной стереолитографии имеет и свои недостат ки, например, возможность усадки при УФ-отверждении фотополимери зующейся композиции (ФПК), что может приводить к деформациям и, сле довательно, снижать точность построения модели. К тому же формирова ние изделия происходит послойно, следовательно наблюдается ребри стость боковых граней готового объекта, что можно нивелировать, умень шая шаг построения модели, но при этом больше времени требуется для получения конечной модели.

Для устранения перечисленных недостатков в работе [4] предложено заменить компьютерную модель, используемую в стереолитографическом прототипировании, на голографическое изображение. Суть метода заклю чается в том, что лазерный излучатель с длиной волны =405 нм действует на отражательную голограмму. Восстановленное изображение проециру ется в рабочую емкость, где будет непосредственно происходить формиро вание объекта. Затем с помощью перистальтического насоса, непрерывно, и с постоянной скоростью в емкость поддается ФПК.

Под действием лазерного излучателя в реакционно-способной среде (ФПК) образуются радикалы и инициируется реакция полимеризации.

Причем реакция полимеризации проходит селективно, только на участках, подвергнувшихся воздействию излучения. Таким образом, сформирован ный слой модели полностью идентичен части голографического изображе ния объекта, т.е. самому объекту на данном уровне.

При формировании объектов по технологии использования восста новленных голографических объектов используются аналогичные фотопо лимеризующиеся композиции, как и в процессе лазерной стереолитогра фии по математическим моделям. В состав композиции традиционно вхо дят олигомер, мономер, фотоинициатор и специальные добавки. Изменяя их содержание и класс, в системе можно регулировать основные характе ристики композиции и свойства готового объекта.

Целью работы стала разработка рецептуры ФПК для создания 3D моделей по восстановленному голографическому изображению под дейст вием лазера с длиной волны излучения =405 нм. К разрабатываемой ком позиции предъявлялись следующие основные требования: высокая реак ционная способность, минимальная усадка.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Схема установки для процесса получения 3D-моделей по восстанов ленному изображению приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема получения 3D-модели по восстановленному голографическому изображению объекта Запись голограммы осуществлялась на пластинках халькогенида со става As(36%)/S(44%)/Se(20%) с толщиной регистрирующего слоя ~ 1, мкм. При восстановлении голограмм использовался лазер с генерацией из лучения на длине волны =405 нм. Мощность лазера – 90 мВт. Время экс позиции рассчитывается по формуле DE 0. 90 10 3 10 0.3 Дж / см 2, E p· t · S 0. где: p – мощность лазера (90 мВт), t – длительность экспозиции (10 с), DE – значение дифракционной эффективности голограммы (0,2), S – площадь изображения в фокусе (0,59 см2).

Принцип отверждения основан на способности УФ-лучей иницииро вать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной хи мической структуры.

Для эффективного УФ-отверждения необходимо, чтобы выбранное соединение было прозрачным в УФ-области спектра. Олигомер, как любой оптический полимер, способен пропускать свет в той или иной области спектра в зависимости от структуры соединения. Так, например, полиэти лен высокого давления и полипропилен имеют высокий коэффициент све топропускания, но в ИК-области спектра. В области УФ-излучения это значение составляет около 20%. Высокой степенью пропускания в УФ области спектра обладает полистирол, но наличие в структуре сложной хромофорной группировки – бензольного кольца, приводит к поглощению большей части спектра УФ-диапазона (до 300 нм). Для улучшения свето пропускания можно использовать сополимеры стирола. Полиметилметак рилат пропускает практически все УФ-излучение в этом интервале длин волн, и коэффициент пропускания составляет около 80%. Поэтому для УФ-отверждения наибольшее распространение получили акриловые со единения. При этом акриловые соединения обладают большими скоростью и степенью полимеризации. Акриловые двойные связи реагируют как ми нимум в 10 раз быстрее под действием УФ-излучения, чем двойные связи классических полиэфирных систем. Наличие большого ассортимента низ комолекулярных олигомеров акрилатов, эпоксиакрилатов, уретанакрила тов, полиэфиракрилатов с молекулярной массой от 500 до 2500 г/моль по зволяет проанализировать и разработать оптимальную рецептуру материа ла ультрафиолетового отверждения. Дальнейшее увеличение молекуляр ной массы приводит к увеличению вязкости, которое, как правило, неже лательно при переработке [5]. В качестве акриловых соединений исполь зуют эпоксиакрилаты, простые и сложные полиэфирные акрилаты, урета новые акрилаты, а также аминомодифицированные акрилаты. Помимо класса и молекулярной массы олигомеры характеризуются функциональ ностью соединения.

Для выбора подходящего олигомера были приготовлены компози ции, в составе которых в качестве олигомера были выбраны соединения, имеющие разную молекулярную массу, но одинаковую функциональность.

Характеристики исследуемых олигомеров приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Характеристики исследуемых олигомеров Молекулярная Олигомер Функциональность масса, г/моль Ароматический уретановый акрилат 2000 Полиэфир акрилат 1100 2, Аминомодифицированный 480 2, полиэфир акрилат Так как энергия источника УФ-излучения недостаточна для непо средственного гомолитического расщепления двойных –С=С– связей пленкообразователей и мономеров, то в состав реакционно-способной сре ды (ФПК) вводились фотоинициаторы [5].

При выборе фотоинициатора необходимо рассматривать кривые по глощения фотоинициатора. Важными параметрами являются длина волны, при которой происходит поглощение света. Для эффективного фотоини циирования необходимо, чтобы полосы поглощения фотоинициатора пе рекрывались со спектром излучения источника [6].

В работе использовали лазерный излучатель, генерирующий длину волны =405 нм, что является дальней областью УФ-спектра, и необходи мо подобрать фотоинициатор, работающий при данной длине волны. Су ществует ограниченное количество фотоинициаторов, способных образо вывать радикалы при данной длине волны. Одним из таких фотоинициато ров является 2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид, который и был выбран в данной работе. Содержание фотоинициатора в ФПК обычно со ставляет 0,05–15 мас.%, а наиболее предпочтительно – 0,2–5 мас.% компо зиции.

Для определения необходимого количества фотоинициатора были приготовлены композиции, содержащие фотоинициатор 2,4,6 триметилбензилдифенилфосфиноксид в количестве 2%, 3%, 4% и 5%. По сле приготовления композиций проверяли такие параметры, как реакцион ная способность и усадка, под лазерным излучателем с длиной волны =405 нм. Результаты данного исследования приведены на рис. 2, 3.

Рисунок 2 – Определение реакционной способности ФПК Рисунок 3 – Определение усадки ФПК Из графиков видно, что реакционная способность составляет 10 с, что позволяет создавать готовое изделие методом послойного выращива ния достаточно оперативно. При увеличении в ФПК количества фотоини циатора наблюдается рост усадки. Следовательно, оптимальное количест во фотоинициатора составляет 2%.

В результате проведенных исследований оказалось, что ароматиче ский уретановый акрилат обеспечивает высокую реакционную способ ность (от 5 до 10 с) и минимальную усадку композиции при отверждении.

Используемые олигомеры в технологии УФ-отверждения обладают высоким значением вязкости и для ее снижения используют вещества, ко торые называют активными разбавителями, или мономерами, так как в процессе УФ-отверждения они встраиваются в полимерную структуру по крытия. Активные разбавители также используются для достижения раз личных желаемых свойств: улучшения адгезии, реакционной способности, химической стойкости, стойкости к царапинам и т.д.

Конечные свойства композиции зависят от функциональности ис пользуемого мономера: чем выше функциональность, тем выше реактив ность композиции, для которой определяющим фактором является коли чество двойных связей, доступных для сшивания. Также механическая и химическая стойкость, твердость образующегося покрытия и усадка будут возрастать с увеличением функциональности активного разбавителя акри лата, в то время как гибкость и адгезия будет уменьшаться. Таким образом, монофункциональные мономеры являются отличными реактивными раз бавителями.

Технически важные активные разбавители относятся к классу эфи ров акриловой кислоты. В качестве активных разбавителей предпочти тельно использовать следующие вещества:

моноакрилаты: гидроксиэтиленметакрилат, изоборнилакрилат, феноксиэтилакрилат;

диакрилаты: бутандиолдиакрилат, дипропиленгликольдиакрилат, неопентилгликольдиакрилат, трипропиленгликольдиакрилат;

триакрилаты: триметилпропантриакрилат, глицеринтриакрилат, пентаэритритакрилат.

Используемый ароматический уретановый акрилат с молекулярной массой 2000 г/моль, давший наилучшие значения реакционной способно сти при минимальной усадке слоя, имеет высокое значение вязкости, что требует разбавления системы с помощью мономера. Для этого были при готовлены композиции, содержащие мономер и фотоинициатор. Было ис следовано большое количество мономеров с функциональностью от одно го до трех. После приготовления определялась реакционная способность и усадка ФПК.

Результаты проведенных экспериментов показали предпочтительное использование смеси активных разбавителей: дипропиленгликольдиакри лата (молекулярная масса 242, функциональность 2) и изоборнилакрилата (молекулярная масса 222, функциональность 1). Выбор обусловлен дан ными, что ароматические диизоцианаты в системе с дипропиленгликоль диакрилатом обеспечивают высокую реакционную способность и мини мальную усадку, но при этом система характеризуется слишком высокой вязкостью, и для улучшения физико-механических показателей компози ции в систему добавляется мономер – изоборнилакрилат.

В результате была разработана композиция, в рецептуру которой входят:

фотоинициатор 2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид;

ароматический уретановый акрилат ( ММ2000);

изоборнилакрилат;

дипропиленгликольдиакрилат.

Композиция данного состава обеспечивает высокую реакционную способность и минимальную усадку при получении 3D-моделей по восста новленному голограммой действительному изображению объекта.

Однако при увеличении времени отверждения наблюдалась паразит ная полимеризация за границами объекта. Для улучшения внешнего вида, а также предотвращения полимеризации за границами голографического изображения и защиты от рассеянного УФ-излучения в композицию вво дили специальную добавку – УФ-абсорберы.

УФ-абсорберы могут быть двух типов: собственно УФ-абсорберы и светостабилизаторы – стерически затрудненные амины (HALS). Разница заключается в механизме их действия в реакционно-способной системе:

собственно УФ-абсорберы поглощают вредное УФ-излучение, а HALS яв ляются акцепторами свободных радикалов.

Для исследования влияния УФ-абсорберов на качество готовых мо делей были выбраны: диоксид титана, производные бензотриазола и триа зина в разных процентных содержаниях.

При определении реакционной способности и усадки оказалось, что оптимально использовать в качестве УФ-абсорбера производное бензот риазола в количестве 1%.

В табл. 2 сравниваются две композиции (без УФ-абсорбера и с УФ абсорбером).

Таблица 2 – Сравнение исследуемых композиций Твердость Реакционная по маятниковому прибору, Композиция Усадка способность ФПК, с у.е.

- 5 0,50 – 0,54 0– 10 0,53 С УФ-абсорбером Из табл.2 видно, что введение в систему УФ-абсорбера не приводит к увеличению усадки. Твердость, определенная по маятниковому прибору, достаточна, ее значение гарантирует получение твердого готового изделия.

Но наблюдается снижение реакционной способности, что увеличивает об щее время изготовления конечного изделия. При этом светостабилизаторы выполняют свою основную функцию – улучшается качество полученной модели, т.е. в случае увеличения времени отверждения не происходит от верждения за границами объекта, вызванного рассеянным излучением многократно меньшей интенсивности.

ВЫВОД В результате исследования была разработана рецептура фотополи меризующейся композиции, предназначенной для изготовления 3D-модели методом послойного выращивания по восстановленному на длине волны =405 нм голограммой действительному изображению объекта.

Композиция характеризуется высокой реакционной способностью, минимальной усадкой слоя, высоким качеством поверхности объекта и обеспечивает необходимую твердость готового изделия.

На рис. 4 приведена фотография объекта, полученного по данной ме тодике.

Рисунок 4 – Изображение готового объекта Как видно из фотографии, полученный объект имеет гладкие и чет кие края и характеризуется отсутствием ребристости граней.

Литература 1. Быстрое прототипирование (Электронный ресурс). URL:

http://www.ap-proekt.ru (дата обращения 20.02.2014) 2. Грабченко А.И., Внуков Ю.Н., Доброскок В.Л. и др. Интегрирован ные генеративные технологии. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2011. 416 с.

3. Евсеев А.В., Камаев С.В., Коцюба Е.В., Марков М.А. и др. Опера тивное формирование трехмерных объектов методом лазерной сте реолитографии // Сб. трудов ИПЛИТ РАН. Современные лазерно информационные и лазерные технологии. М.: Интерконтакт Наука, 2005. 304 с. С.26-39.

4. Бабкин О.Э., Ильина В.В., Михайлов В.Н., Чезлов И.Г. Использова ние голографических изображений при оперативном формирова нии 3D-объектов методом фотополимеризации // Мир техники ки но. 2013. № 1 (Вып.27). С. 30-33.

5. Бабкин О.Э. Полимерные покрытия УФ-отверждения.– СПб.: изд.

СПбГУКиТ, 2012. 47 с.

6. Тимофеева М.Л., Бабкин О.Э. Разработка УФ-полимеризующихся композиций для создания 3D-моделей // Неделя науки и творчества в СПбГУКиТ: конференция «Наукоемкие технологии – сфере кино производства» 18 апреля 2013 г.:Сб.научных статей.– СПб.: изд.

СПбГУКиТ, 2013. 64 с.

УДК 661.097. ПРИГОТОВЛЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ МЕТОДОМ ПРОПИТКИ М.Л. Шишкова, Т.В. Шварц Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет) Аннотация. Обоснована актуальность темы, сформулированы ос новные цели исследования. Теоретически обоснован выбор метода формо вания, стадии пропитки. Изучено распределение активного компонента на поверхности -Al2O3. Проведено исследование параметров пропитки при разных технологиях процесса.

Ключевые слова: пропитка, активный компонент, носитель, актив ный оксид алюминия, формование.

В большинство твердых катализаторов, носителей и адсорбентов (КНА) в качестве основной или составной части входит активный оксид алюминия (-Al2O3). Развитие современных и перспективных каталитиче ских и адсорбционных процессов с движущимися и кипящими слоями час тиц требует разработки способов производства механически прочных ша риковых и микросферических гранул катализаторов и сорбентов, устойчи вых к истиранию и ударным нагрузкам.

При изготовлении оксидных катализаторов широко применяется простой и универсальный метод нанесения активных компонентов на го товую пористую основу. Активная фаза, формируемая на носителе в виде мелкодисперсных кристалликов, обладает высокоразвитой поверхностью, устойчивой к спеканию при высоких температурах. Технология изготовле ния подобных катализаторов включает в себя два раздельных процесса:

получение носителя и собственно катализатора. В процесс получения но сителя входят такие основные стадии, как подготовка сырья, его формова ние, сушка и термообработка. Затем в готовый сформованный носитель вносят активные составляющие.

Выбор метода формования определяет не только форму гранул, но и механическую прочность, однородность химического состава, пористую структуру. Получать сферические гранулы можно различными методами.

Распространен метод углеводородо-аммиачного, или жидкостного, формо вания, включающий химическую пептизацию псевдобемитного гидрогеля (ПБ) и коагуляцию капель пептизированного ПБ. Метод универсален и производителен, гарантирует фазовую и структурную однородность сфе рических гранул, позволяет проводить процесс непрерывно, что рацио нально на крупнотоннажных производствах. Важной является и возмож ность введения различающихся по природе активных компонентов на оп ределенных стадиях производства. Так, в работе введение активного ком понента проводилось на стадии коагуляции гранул катализатора -Al2O3 с использованием раствора хромата аммония.

Одной из наиболее ответственных операций в технологии катализа торов является стадия пропитки. Подготовленный носитель пропитывают, как правило, раствором, содержащим соединения – предшественники ак тивного компонента (АК). Пропитку проводят окунанием или опрыскива нием носителя (Н) раствором или упариванием избытка раствора. В каче стве Н наиболее широко применяются индивидуальные и сложные оксиды.

Для Н со сквозными, хорошо смачивающимися порами применяют метод окунания, при этом заполнение пор раствором происходит преимущест венно за счет сил капиллярного переноса. При нанесении АК на Н с дру гим типом пористой структуры, например с тупиковыми или макропорами, используют метод упаривания. Однако во всех случаях синтеза необходи мо учитывать возможные ограничения способа, обусловленные: раствори мостью исходных веществ, объемом пор Н, распределением раствора в по рах, минимизацией концентрации АК в готовом катализаторе, а также ве роятностью неравномерного распределения АК по сечению гранулы. Про блема распределения активных компонентов в объеме зерна наиболее ак туальна для нанесенных пропиточных катализаторов, широко применяе мых в процессах окисления, гидрирования, риформинга и др., в силу того, что при больших объемных скоростях процессов и малом времени контак та реакция идет не во всем объеме зерна катализатора, а лишь в тонком приповерхностном слое. В связи с этим равномерное распределение АК по диаметру зерна в подобных процессах нецелесообразно из-за снижения степени использования внутренней поверхности – характер распределения должен быть иным. Основные типы распределения компонентов в зерне показаны на рис. 1 [1]. Такая классификация отражает основные четыре случая распределения однокомпонентного или поликомпонентного ката лизатора на носителе как моно- так и бидисперсной пористой структуры.

На практике в настоящее время используют в основном только I и II типы (рис.1) простейшего распределения, анализ распределения других типов по существу еще не проведен. По-видимому, III и IV типы распреде ления целесообразны в случаях, когда внешняя поверхность зерна катали затора подвергается интенсивному износу или отравлению, при этом в ки нетическом режиме работы благоприятно распределение III типа, а в диф фузионном – IV типа. Вопрос распределения АК на поверхности является значимым для нахождения рациональных путей синтеза, приводящих к повышению эксплуатационных свойств (активности, термостабильности, стойкости к ядам и другие) и к снижению стоимости катализатора.

Рисунок 1 – Основные виды распределения активного компонента по сечению гранулы:

I – с равномерным распределением;

II – «корочковый»: АК сосредото чен у периферии гранул;

III – АК сосредоточен в центре гранулы (т.н.

«яичный желток»);

IV – АК расположен в средней области, удаленной как от центра, так и от внешней поверхности зерна катализатора На распределение компонента влияют характер пористой структуры носителя, состав пропиточных растворов, продолжительность стадии про питки, температура процесса, условия сушки и другие показатели. Актив ный компонент связывается с поверхностью оксидного носителя за счет сил ионообменного или сорбционного взаимодействия, таким образом, природа кислотно-основных свойств поверхности (сила и структура ки слотных центров, их распределение по поверхности) играет важную роль в рациональном распределении АК. С этой точки зрения перспективны гид роксидные носители, особенно ПБ, у которого с позиций кислотности бо лее однородна поверхность, высокая химическая активность, возможность изменения кислотно-основных свойств [2].

Химическая природа поверхности оксида алюминия (состояние и строение гидратного покрова, концентрация и распределение по силе ки слотно-основных центров) определяет, с одной стороны, адсорбционные и каталитические свойства оксида, а с другой – позволяет контролировать реакционную способность его поверхности. Поверхность реального твер дого тела кроме химической обладает и электронной неоднородностью.

Оксид алюминия, используемый в качестве катализатора, адсорбента или носителя для катализаторов окисления, представляют собой гранулы опре деленного размера и формы, обладающие заданной пористой структурой.

Прочностные свойства гранул оксида алюминия не зависят от способа его приготовления, а определяются, в основном, пористой структурой: разме ром преобладающего радиуса пор, поэтому является важным получение гранул -Al2O3 с заранее заданной пористой структурой и определенным типом сорбционных центров поверхности.

Целью данной работы являлось исследование влияния параметров пропитки при разных технологиях процесса: в первом случае использова лись готовые сформованные гранулы -Al2O3, которые пропитывались раствором нитрата никеля;

во втором случае пропитка велась на стадии коагуляции гранул катализатора -Al2O3 с использованием раствора хрома та аммония.

В первом случае в качестве Н использовали оксид алюминия -Al2O марок А-1 ГОСТ 8136, А-2 ГОСТ 8136, А-64 ТУ 113. Исследовали влияние времени (t=15-60 с) и температуры (Т=22-55оС) на продвижение пропиточ ного раствора к центру цилиндрических гранул А-1 и А-64 (соответст венно: диаметр – 4,5 и 3,0 мм (при длине 6,0 мм), суммарный объем пор – 0,86 и 0,68 см3/г с преобладающим радиусом (мезо/макро)– 7/300 и 6/ нм и площадь удельной поверхности –190 и 210 м2/г).

В водный раствор нитрата никеля (ярко-зеленый) с концентрацией 230 г соли / 100 г раствора и рН=1,0 помещали гранулы (белые), которые через определенное время t вынимали из раствора и раскалывали по диа метру (d, мм), измеряя размер неокрашенного ядра (dя, мм). Толщину про питанного (окрашенного) периферийного слоя (h, мм) рассчитывали как (d-dя)/2, мм. Каждое определение проводили для выборки из 10 гранул.

Результатом выполненных исследований явились следующие на блюдения. C увеличением t рост h пропитанного слоя различен для А-1 и А-64. В гранулах более тонкопористого А-64 капиллярное продвижение раствора происходит быстрее: за 15 с – до h=0,4 и 0,65 мм, за 30 с - до h= 0,75 и 1,0 мм у А-1 и А-64, соответственно (рис. 2).

1, h,мм 0, 0, 0, 15 25 35 45 t, с Рисунок 2 – Зависимость толщины пропитанного слоя гранул от продолжительности окунания при Т=22 °С для А-1 (-•-) и А-64 (--) При повышении температуры раствора от 22оС до 42оС толщина слоя при пропитке А-64 практически не изменяется (h0,6-0,7 мм за 15 с). Од нако при Т 42 оС скорость проникновения раствора в глубь гранул замет но возрастает, по-видимому, вследствие роста коэффициента диффузии и удаления воздуха из тупиковых пор (рис. 3).

1, 1, 1, h,мм 1, 0, 0, 0, 20 35 50 T,°C Рисунок 3 – Зависимость толщины пропитанного слоя гранул от температуры раствора нитрата никеля при t=30 с для А- Предварительное заполнение пор гранул растворителем (водой) при вело при их пропитке раствором нитрата никеля, при прочих равных усло виях, к снижению толщины пропитанного слоя почти в 2 раза. Вероятно, вследствие изменения механизма пропитки с капиллярного на диффузи онный (рис. 4).

Исходные гранулы Гранулы, пропитанные водой 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4, Рисунок 4 – Диффузионная пропитка При капиллярной пропитке нанесение вещества осуществляется за счет всасывания раствора в пустые поры носителя под действием капил лярных сил. А при диффузионной пропитке поры носителя предваритель но заполнены растворителем (водой), следовательно, процесс нанесения в этом случае сводится к диффузии растворенного вещества из пропиточно го раствора в поры носителя.

В процессе работы исследовалась кинетика заполнения пор (рис. 5).

Полученные кинетические кривые для носителей марок А-1 и А-2 (диа метр гранул 4,5 и 4,0 мм) свидетельствуют о схожести процесса пропитки вследствие близости параметров мезопористой структуры (преобладаю щий радиус пор 7 нм, удельная поверхность 190 – 202 м2/г), а также нали чия развитого объема макропор в 300 – 240 нм.

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Рисунок 5 – Кинетические кривые заполнения пор носителей А-1 и А-2:

-- и --, соответственно Во втором случае в качестве исходного сырья применяли переосаж денный гидроксид алюминия псевдобемитной структуры, полученный ме тодом смешанного осаждения. Гидроксид алюминия пептизировали кон центрированным раствором азотной кислоты. Формование пасты произво дили при помощи цилиндра, с отверстиями на дне диаметром 210-3м. Ка пли падали в емкость с двухслойной жидкостью, верхний слой – керосин, нижний – раствор хромата аммония. В верхнем слое капли принимали сферическую форму, в нижнем – коагулировали и насыщались растворен ной солью. Скорость диффузии определяли аналогично первому случаю.

Исследовано увеличение времени пропитки гранул от 30 до 240 с. Зависи мость глубины диффузии пропиточной соли h, мм от времени представле на на рис. 6.

Установлено, что скорость диффузии NH4+ (в качестве индикатора использовали фенолфталеин) внутри гранулы превышает скорость диффу зии хромат-ионов.

0, 0, h, мм 0, 0, 0, 0, 0 50 100 150 200 t, c Рисунок 6 – Зависимость глубины диффузии пропиточной соли от времени Вероятно, одной из причин является значительно меньший размер ионов NH4+ по сравнению с хромат-ионами, находящимися в растворе, в связи с чем проникновение ионов аммония в гидрофильные поры колло идного носителя менее затруднено.

При исследовании диффузии пропиточных растворов, приготовлен ных с избытком аммиака, было отмечено, что характерной особенностью указанных растворов является практическое постоянство скорости диффу зии хромат-ионов при пропитке. Если рассмотреть зависимость относи тельной глубины диффузии пропиточной соли (Rгр-rя)/ Rгр от времени, то экспериментальные данные свидетельствуют, что за одинаковое время пропитки хромат-ионы из растворов с избытком аммиака диффундируют в гранулы на практически ту же глубину, как и в растворах без избытка.

Скорость диффузии самих ионов NH4+ также возрастает с ростом их концентрации, в результате чего сокращается время полного упрочнения сферической частицы, так как при этом возрастает движущая сила процес са диффузии – градиент концентрации NH4+ по глубине гранулы. Так при пропитке сырых гранул раствором аммония хромовокислого через 90 с от начала пропитки гранулы имеют твердую корочку и жидкую внутреннюю часть, не обладающую достаточной прочностью. Они становятся твёрдыми лишь через 180 с. Если же, аналогичный раствор содержит избыток NH3, то за 60 с NH3 диффундирует уже на 0,5 радиуса частицы, придавая ей большую прочность, а за 150 с – на всю глубину.

Действие избыточного аммиака, приводящего к увеличению скоро сти диффузии ионов комплекса, можно объяснить рядом причин. Во- пер вых, ионы алюминия, химически взаимодействуя с основной солью алю миния, вызывают нейтрализационную коагуляцию пептизированного гид рогеля алюминия, в результате которой жидкая капля превращается в твердое пористое тело. По-видимому, диффузия ионов комплекса с боль шой молекулярной массой (и размерами) в порах твердого тела протекает легче и быстрее, нежели в пространственной сетке геля. Во-вторых, под действием NH3 изменяется кислотность поверхности гранулы. Известно, что поверхность носителя – пептизированного гидроксида алюминия – не однородна по ряду параметров, в частности по наличию участков как ки слотной, так и основной природы. Поскольку скорость диффузии аммиака в сырой грануле больше скорости диффузии ионов комплекса, то можно считать, что адсорбция NH3 предшествует адсорбции ионов [Me(NH3)n]2+.

То есть имеет место предадсорбция NH3 до момента нанесения активного компонента, причем аммиак занимает преимущественно кислотные участ ки поверхности, придавая им основные свойства. Линейное увеличение последующей хемосорбции ионов комплекса можно объяснить их кислот ным характером, в силу чего они хемосорбируются предпочтительно на основных участках поверхности, число которых увеличивается в результа те предадсорбции NH3 на участках, которые ранее имели кислотную при роду.

Коэффициент диффузии рассчитываем по формуле 2 n Rгр r 2 rЯ, 1 3 Я Д Rгр Rгр 6b t У C A где Д – коэффициент диффузии, м2/с;

n – плотность формульной массы, моль/м3;

b – безразмерный коэффициент, учитывающий количество молей ве щества А, взаимодействующих с 1 молем Al2(OH)5NO3;

tУ – время, соответствующее диффузии раствора на всю глубину сфе рической частицы, когда rЯ = 0, с, изменяется по времени пропитки, и соответственно по глубине гранулы.

Так как скорость взаимодействия геля гидроксида алюминия и ам миака не мгновенна, а имеет определенное значение, то одновременно происходит и диффузия, и химическая реакция аммиака с OH- группами основной соли алюминия. При этом образуется новое вещество, следова тельно, меняется плотность среды, в которой протекает диффузия ионов комплекса. Одновременно происходит перераспределение плотности, при водящее к образованию плотных участков и пор.

Действительно, рассматривая зависимости: Д f ПР (рис.7) и t д R rЯ (рис.8) для различных по природе растворов комплексов, Д f ГР R ГР следует отметить, что коэффициент диффузии с увеличением времени про питки растет до некоторого максимального значения, а затем снижается, причем избыток аммиака вызывает заметное увеличение коэффициента диффузии при прочих равных условиях.

Рисунок 7 – Изменение коэффициента диффузии в зависимости от времени Рисунок 8 – Изменение коэффициента диффузии в зависимости от глубины пропитки Отмеченное явление вызвано тем, что образующийся в результате химического взаимодействия аммиака с основной солью алюминия гидро ксид сначала имеет рыхлую структуру, способствующую усилению диф фузии. Со временем эта структура уплотняется, образуя плотные агрегаты гидроксида, что затрудняет проникновение раствора в частицу. Снижение коэффициента диффузии и вызвано формированием по оболочке гранул слоя гидроксида алюминия повышенной плотности.

На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что в растворах аммиачных комплексов достаточно быстро твердеют сырые гранулы пептизированного гидрогеля алюминия. Даже в случае использо вания растворов без избытка NH3 180 c пропитки достаточно для получе ния гранул, пригодных для дальнейшей переработки.

Увеличение концентрации аммиака в растворе выше его содержания в структуре комплекса оказывает положительное влияние на скорость про питки. Последнее особенно существенно при использовании растворов низких концентраций, когда мала скорость диффузии.

Литература 1. Пахомов Н.А. Научные основы приготовления катализаторов.– Новосибирск: изд.отдел ИК СО РАН, 2011. 280 с.

2. Дзисько В.А., Карнаухов А.П. Физико-химические основы синтеза окисных катализаторов // Новосибирск: Наука, 1978. 378 с.

УДК ВИНИЛИРОВАННЫЕ АЛКИДЫ В ПОКРЫТИЯХ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ О.Э. Бабкин, Л.А. Бабкина, О.А. Летунович, И.А. Яценко Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения Аннотация. Проанализирована возможность использования вини лалкидной смолы в рецептуре композиций ультрафиолетового отвержде ния (УФ-отверждения). Проведен ряд испытаний, отражающих свойства покрытий. Показано, что использование трехфункционального активного разбавителя этоксилированного триметилпропантриакрилата дает хорошие физико-механические показатели. Разработанная рецептура простояла в камере соляного тумана 300 ч.

Ключевые слова: винилированные алкиды, защитные покрытия.

технологии УФ-отверждения.

Одним из перспективных направлений формирования защитных по крытий является использование технологии УФ-отверждения. Благодаря высокой скорости формирования защитного покрытия эти системы ис пользуют для конвейерной окраски пластин поливинилхлорида (ПВХ) [1], рулонного металла, паркета, дверей [2], труб [3,4]. В качестве исходных олигомеров традиционно используют низкомолекулярные акрилаты, поли эфиракрилаты, уретанакрилаты, эпоксиакрилаты, ненасыщенные полиэфи ры, которые позволяют создавать высокореакционные композиции для УФ-отверждения [5]. В то же время отечественная промышленность вы пускает винилалкидную смолу, в которой присутствуют двойные связи С=С. В данной работе рассматривается возможность использования этой смолы для получения антикоррозионных покрытий УФ-отверждения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ В работе использовали винилалкидную смолу с молекулярной мас сой 2000~3000 г/моль [6], на основе которой готовили 50 мас.% лаки. В ка честве растворителей использовали следующие активные разбавители: ви нилтолуол (ВТ), дипропиленгликоль диакрилат (ДПГДА) и этоксилиро ванный триметилпропантриакрилат (ЭТМПТА) (табл.1).

Лаки готовили путем растворения смолы при температуре Т=45 °С в активном разбавителе в течение трех часов. На основе полученных лаков готовили композиции УФ-отверждения в скоростном диссольвере в тече ние 10 мин. (табл. 2).

Таблица 1 – Строение некоторые характеристики активных разбавителей Функ Вяз Химическое ММ, ци Химическая формула кость, соединение г/моль ональ Па·с ность Винилтолуол 128 1 0, (ВТ) Дипропиленгли коль диакрилат 250 2 0, (ДПГДА) Этоксилирован ный триметил пропан- 430 3 0, триакрилат (ЭТМПТА) Таблица 2 – Рецептуры композиций УФ-отверждения Образец Компонент №1 №2 № Винилалкидная смола 50% в винил толуоле 48 - Винилалкидная смола 50% в - 48 дипропиленгликольдиакрилате (ДПГДА) Винилалкидная смола 50% в этоксилированном - - триметилпропантриакрилате (ЭТМПТА) Винилтолуол (ВТ) 48 - Дипропиленгликоль диакрилат (ДПГДА) - 48 Этоксилированный триметилпропантриакрилат (ЭТМПТА) - - Фотоинициатор 4 4 Композиции наносили на холоднокатаную сталь марки 08пс толщи ной 0,8 мм и отверждали на установке ОРК-21М. Интенсивность (Н) УФ излучения регистрировали с помощью спектрофотометра «Power Puck II», и она составляла: НА=135 мВт/см2;

НВ=150 мВт/см2;

НС=24 мВт/см2;

Нv= мВт/см2. Кинетику отверждения исследовали с помощью маятникового прибора ТМЛ-2124 по методике [5]. Толщину покрытия измеряли с помо щью прибора «Константа К5». Защитные характеристики покрытий по стойкости к соляному туману изучали по ГОСТ 20.50.406-81 методом 215 3 в камере «Dycometal SSC 140». Адгезионную прочность измеряли при бором «Neurtek KN-10» по ISO 4624. Динамическую вязкость определяли на приборе «Brookfield DV-E» (ГОСТ 1929-87).

Поверхностную энергию пленок рассчитывали по уравнению Оуэн са-Вендта:

, где - угол смачивания воды или глицерина, и - дисперсионная и полярная составляющие поверхностной энергии на границах раздела фаз.

Значения углов смачивания воды и глицерина получали при помощи компьютеризированного гониометра ГЛ-1 фирмы «Open Science».

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ На рис.1 приведены данные реакционной способности композиций на основе винилалкидной смолы в зависимости от использованного актив ного разбавителя моно-, би- и трехфункционального. С увеличением функциональности активного разбавителя с моно- до трех- реактивность композиции возрастает, время отверждения уменьшается с 3,5 мин до 45 с.

Покрытия после отверждения имеют относительно невысокую твердость.

Композиция на основе двухфункционального активного разбавителя имеет максимальную твердость 0,34. Динамическая вязкость по Брукфильду (шпиндель №2 при 12 об/мин) композиций №1, №2 и №3 составляет мПа·с;

2540 мПа·с, 3880 мПа·с соответственно.

Рисунок 1 – Данные реакционной способности композиции на основе винилалкидной смолы в зависимости от использованного активного разбавителя Из-за высокой вязкости исходных композиций и низкой реакционной способности в исходные системы на 100 г добавили 30 г трехфункцио нального активного разбавителя, этоксилированного триметилпропантри акрилата.

Условная вязкость композиций по ВЗ4 при 20 C составила: №1*= 12,5 с;

№2*=21,5 с;

№3*=57 с.

Рисунок 2 – Данные по реакционной способности композиций с добавлением 30% по массе трехфункционального разбавителя На рис.2 приведены данные по реакционной способности компози ций. При добавлении трехфункционального активного разбавителя время отверждения уменьшилось:

для композиции №1 – с 3,5 мин до 2,5 мин;

для композиции №2 – с 2,5 мин до 2,25 мин;

для композиции №3 – с 45 с до 30 с.

При этом твердость композиций №1* и №2* составила 0,28, а №3* – 0,49.

Изучение адгезионной прочности отверждаемых покрытий показало зависимость от функциональности активного разбавителя в рецептуре композиции (рис.3). Для образца №1 (на основе винилтолуола) не наблю дается адгезионной прочности к металлу, даже после его модифицирова ния трехфункциональным разбавителем, этоксилированным триметилпро пантриакрилатом. Максимальная адгезионная прочность наблюдается для композиций №2, и она возрастает при добавлении в исходный состав трехфункционального разбавителя. Аналогичная тенденция наблюдается и для образца №3. Исследования эластичности пленок исходных композиций и после модификации их трехфункциональным активным разбавителем показали некоторое ухудшение этого показателя для покрытий:

для композиции №1 – с 2 мм до 3 мм;

для композиции №2 – с 4 мм до 6 мм.

Эластичность пленок композиции №3 составила не более 1 мм, она не изменилась и после модификации.

Рисунок 3 – Влияние функциональности активного разбавителя на адгезионную прочность В табл. 3 приведены значения поверхностной энергии пленок изу чаемых композиций. Поверхностная энергия полимерной пленки сущест венно зависит от ее химического строения. Для отвержденных композиций №1 и №2 введение в состав этоксилированного триметилпропантриакри лата приводит к некоторому росту гидрофильности полимерной пленки, а для композиции №3 – к уменьшению с 37 мДж/см2 до 33 мДж/см2.

Таблица 3 – Значения поверхностной энергии пленок, мДж/м Композиция Исходная Модифицированная №1 40 №2 30 №3 37 С учетом эластичности, твердости, адгезионной прочности пленки, ее поверхностной энергии, покрытия толщиной 40 мкм на основе компо зиций №3 и №3* подвергли испытаниям в камере соляного тумана (рис.4).

ВЫВОДЫ 1. Винилалкидную смолу можно использовать для получения антикорро зионных покрытий ультрафиолетового отверждения.

2. Для достижения хороших физико-механических показателей (эластич ность 1 балл, удар – 50 см), скорости отверждения, стойкости в камере соляного тумана 300 ч следует использовать трехфункциональный ак тивный разбавитель.

Рисунок 4 – Результаты испытаний в камере соляного тумана для композиций №3 и №3*.

Литература 1. Бабкин О.Э., Бабкина Л.А. Лаки УФ-отверждения // Лакокрасочные ма териалы и их применение. 2009. №5. С. 33-35.

2. Прието Д., Кине Ю. Древесина. Обработка и декоративная отделка. – М.: Пейнт-Медиа. 2008. 392 с.

3. Бабкин О.Э., Акошева О.С., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Прыпуря нов С.В., Силкина А.Ю. Антикоррозионные покрытия УФ-отверждения.

// Сборник докладов и каталоги второй международной конференции «Антикоррозионная защита – 2011». – М., 2011. С. 13-15.

4. Бабкин О.Э. Технология УФ-отверждения для получения антикоррози онных полимерных покрытий // Лакокрасочная промышленность. 2013.

№ 6.С. 32-35.

5. Бабкин О.Э. 3 D Макетирование: технологии, оборудование, материалы:

Монография. – СПб.: изд. СПбГУКиТ, 2013. 97 с.

6. Дринберг А.К., Неймарк А.Л. Винилированные алкиды и перспективы их применения в лакокрасочной промышленности // Лакокрасочная промышленность.2011. № 12.С.11-14.

УДК 614. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА А.А. Цой Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России Аннотация. Рассмотрены проблемы пожарной безопасности пред приятий нефтеперерабатывающего комплекса. Внимание уделяется осо бенностям горения нефтепродуктов, проблемам тушения пожаров в резер вуарах с двойной защитной стенкой. Сделан вывод о необходимости раз работки комплексной системы противопожарной защиты технологических сооружений нефтеперерабатывающих производств на основе моделирова ния особенностей горения нефтепродуктов.

Ключевые слова: пожарная безопасность, нефтеперерабатывающие производства, нефтепродукты, резервуары, кольцевая защитная стенка, система противопожарной защиты.

Нефтяная и нефтехимическая отрасли России играют важную роль в экономическом развитии страны и на мировом рынке. Нефтехимический комплекс является одним из сложнейших комплексов народного хозяйст ва, стратегической отраслью экономики и связан с экономической безо пасностью, охраной окружающей среды и рядом других социально экономических показателей развития. В большинстве случаев нефтепере рабатывающие заводы являются градообразующими звеньями.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.