ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Бачинський В’ячеслав Васильович

УДК 667.613.3

ЗАХИСНО-АКУМУЛЮЮЧІ ПОКРИТТЯ

Спеціальність 05.23.05 –Будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса-2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії

будівництва та архітектури (ОДАБА), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ), кафедра “Технологія будівельних матеріалів, виробів і конструкцій”, Міністерство освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 24 “лютого 2004 р. об 13 годині на засіданні Спеціалізованої Вченої Ради Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “20”січня 2004р.

Вчений секретар Спеціалізованої Вченої Ради Макарова С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність досліджень. Сучасний розвиток техніки і технологій сприяють появі нових агресивних речовин і їхніх різних з'єднань, що негативно діють на екологію навколишнього середовища. Щорічно їхня кількість збільшується на 200-1000 нових речовин.

Аналіз причин великих аварій, які супроводжувались викидом (витоком) сильнодіючих отруйних речовин (СДОР), показує, що на сьогодні не можна виключити можливість виникнення аварій, що приводять до ураження виробничого персоналу, населення, а також сил і засобів, що знаходяться в районі функціонування хімічно небезпечних об'єктів. Так, у США щорічно відбувається більш 10 тисяч інцидентів на об'єктах з хімічними компонентами, від яких уражається до 900 чоловік і гине до 80 чоловік у рік.

У цьому зв'язку у функції будівельних матеріалів варто включити їхню здатність незворотньо поглинати шкідливі рідкі речовини з метою створення безпечних умов життєдіяльності людей. Як правило, отруйні речовини є агресорами стосовно матеріалів будівельних конструкцій, що робить необхідним захист останніх стійкими стосовно дії отруйних речовин захисними покриттями. Тому важливою й актуальною задачею є створення захисно-акумулюючих покрить, здатних незворотньо поглинати рідкі отруйні речовини, забезпечуючи безпеку й охорону навколишнього середовища, і одночасно бути бар'єром для проникнення агресивних речовин до будівельних конструкцій і технологічного обладнання.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконувалась згідно з напрямками науково-дослідних робіт, які досліджуються військовою кафедрою ОДАБА і Науковим центром при ОІСВ. Основні результати дослідження відображені в звітах науково-дослідних робіт “Енергія-2000” (замовник - Управління інженерних військ МОУ), “Центавр” і “Розвиток” (замовник - Кабінет Міністрів України).

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є створення поліфункціональних матеріалів захисно-акумулюючих покрить, за рахунок організації їхньої капілярно-ніздрюватої структури шляхом введення спеціальних наповнювачів.

Для досягнення мети були визначені наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Об'єкт дослідження – матеріали для захисно-акумулюючих покрить.

Предмет дослідження – способи надання ЗАП властивостей по незворотньому поглинанню сильнодіючих отруйних речовин.

Методи дослідження. Для рішення поставлених задач використовувалися загальнонаукові методи дослідження – системний аналіз, математичне моделювання, а також методи обчислювальної і прикладної математики. Експериментальне визначення загальнобудівельних показників. Обчислювальні експерименти з комплексом експериментально-статистичних моделей цих показників.

Наукова новизна. Запропоновано новий підхід до рішення задачі по захисту навколишнього середовища, людей, будинків і споруджень від впливу сильнодіючих отруйних речовин (СДОР), що полягає в превентивному нанесенні на поверхні будівельних об'єктів ЗАП, які здатні незворотньо поглинати СДОР.

Зміст наукової новизни базується на наступних сформульованих у роботі основних положеннях.

1. Запропонований механізм одержання капілярно-ніздрюватої структури покриття за рахунок використання ніздрюватого наповнювача і показаний процес акумулювання сильнодіючих отруйних речовин у покритті;

2. Отримана можливість швидкого підбору плівкоутворювача ЗАП для будь-якого типу СДОР;

3.Дифузійна рухливість СДОР, що проникає в ЗАП, знижується за рахунок зсуву функції розподілу активаційних параметрів десорбції у напрямку більших значень;

4. Іммобілізація СДОР плівкою покриття досягається наданням покриттю власної капілярно-ніздрюватої структури за рахунок надлишкового (у межах припустимого об'ємного змісту) його наповнення гідрофільним наповнювачем з розвитою поверхнею.

Практична цінність. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень запропоновані оптимальні склади покрить, здатних акумулювати у своєму обсязі СДОР і визначені принципи надання ЗАП необхідної капілярно-ніздрюватої структури. За результатами отриманих даних показана можливість використання для модифікації покрить, гідрофільних наповнювачів з розвинутою поверхнею, що дозволило виробити й обґрунтувати вимоги для компонентів ЗАП. Визначені в дисертації склади ЗАП були застосовані на підприємстві “Монтажхимзащита – СМУ 245”, як захисні покриття для тамбурів (шлюзових камер) притулків і підвалів, а також на внутрішніх поверхнях складів і сховищ зі СДОР загальною площею 1200м2.

Особистий внесок здобувача складається в розробці методів оцінки сумісності плівкоутворювачів ЗАП зі СДОР; розрахунку параметрів розчинності плівкоутворювачів типових ЗАП і СДОР; визначенні критеріального значення параметру поглинання покриттями СДОР; обґрунтуванні вимог до компонентів ЗАП; оптимізації складів покрить, здатних незворотньо поглинати СДОР; розробці механізму створення капілярно-ніздрюватої структури покриття; одержанні експериментальних даних про технологічні і загальнобудівельні властивості наповнених ЗАП.

Апробація. Результати досліджень доповідалися на IV-VI міжнародних науково-методичних конференціях “Удосконалення підготовки фахівців” (ОДАБА) – 1999-2001 р., науково-практичній конференції “Проблеми підвищення якості підготовки випускників інституту та шляхи їх вирішення” (ОІСВ) – 2000 р., на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми теорії і практики попередження тероризму на водному транспорті і підприємствах морегосподарського комплексу” (ОНМУ)-2002р., на постійно діючому науковому семінарі ОІСВ (2001, 2002 рр.), на засіданнях науково-технічної ради Наукового центру при ОІСВ (1999-2002 р.), на 42-ому міжнародному семінарі з проблем моделювання й оптимізації композитів, МОК' 42 (ОДАБА) –2003 р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 друкованих праць, у тому числі 4 публікації – у наукових фахових виданнях; 2 - у збірниках і журналах; 2 - у матеріалах і тезах доповідей конференцій і семінарів; 2 – заявки і патенти на винаходи; 1 – у навчальному посібнику.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, основної частини (5 розділів), висновків, списку використаних джерел. Дисертація викладена на 173 сторінках, з яких 144 сторінок основного тексту, 33 рисунків, 35 таблиць, список використаної літератури з184 джерел.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована доцільність дисертаційної роботи, сформульовані мета та основні задачі досліджень, розкрито їх наукову новизну, викладена практична цінність отриманих результатів, наведені відомості про апробацію дисертації.

У першому розділі подано огляд існуючих наукових праць, присвячених вивченню ЗАП на сьогоднішній день. Розглянуто шляхи удосконалення покрить, призначених для зниження токсичності отруйних речовин.

Основні технологічні і експлуатаційні властивості ЗАП визначаються, в основному, властивостями плівкоутворювачів, що входять до складу захисних покрить. Для досягнення умов поглинання отруйних речовин і утримання їх в обсязі плівки покриття необхідно, щоб виконувалася умова їхньої сумісності.

В основу визначення сумісності ЗАП зі СДОР покладена взаємна розчинність чи змішання на молекулярному рівні з утворенням термодинамічного рівноважного розчину.

Аналіз інформації про рецептурно-технологічні і експлуатаційні властивості ЗАП, про сучасні методи їхніх досліджень, моделювання й оптимізації дозволили сформулювати мету і задачі роботи.

В другому розділі визначені методологічні основи підбору плівкоутворювальної речовини покриття, що поглинає отруйні речовини. Розроблено методику розрахунку параметрів розчинності покрить і отруйних речовин на основі методу А.А.Аскадського і тривимірної концепції розчинності К.Хансена.

За допомогою запропонованої методики були розраховані значення параметрів розчинності різних ЗАП, що відрізняються по компонентному складу і властивостям плівкоутворювачів, які використовувались для фарбування будівельних конструкцій і виробів. Розрахунок параметрів розчинності (інтегральних і складових) СДОР проводився по їх структурних формулах.

Оцінку сумісності ЗАП зі СДОР проводили за параметром Чена, що враховує всі специфічні взаємодії, згідно рівняння

, (1)

де - параметр Хансена;

- параметр розчинності за рахунок водневої взаємодії.

У зв'язку з тим, що у відомій літературі відсутнє критериальне значення RA для ЗАП і СДОР, то його розраховували на підставі експериментально встановлених значень термодинамічного параметру . Обробка отриманих даних дозволила визначити критериальне значення параметру Чена (RA=4,60), на підставі якого зроблена оцінка сумісності захисних покрить зі СДОР. За допомогою даної методики отримано можливість швидкого підбору ЗАП, які здатні акумулювати у своєму обсязі необхідні СДОР.

Приведено характеристики матеріалів, використаних в експериментах і визначені методи дослідження. Експерименти проводилися за планом “суміш, технологія-властивість”, спеціально синтезованому в системі “COMPEX” (В.А.Вознесенський, Т.В.Ляшенко). У якості перемінних були прийняті: питома поверхня наповнювача і його концентрація.

Зроблено оцінку і вибір методик визначення експлуатаційних властивостей покрить.

У третьому розділі розроблений механізм одержання капілярно-ніздрюватої структури покриття і показана принципова можливість іммобілізації отруйних речовин у плівці ЗАП.

Показано, що термодинамічна сумісність є необхідною умовою для зв'язування СДОР у плівці покриття, але не достатнім для забезпечення безпеки людей. Експериментально встановлено, що площа частки (краплі) СДОР залишається незмінною, поза залежністю від поверхні покриття (гладка чи шорсткувата), навіть при значному збільшенні штучної шорсткості і, отже, змінити локальну щільність зараження за рахунок розтікання краплі неможливо.

Також експериментально встановлено, що при збільшенні маси краплі СДОР, з часом спостерігається створення набряклого шару полімеру по периметру контакту краплі речовини з плівкою покриття, тобто утвориться стійка система (у виді студня), у якій СДОР зберігає дифузійну рухливість.

Виходячи з відомих властивостей систем “наповнений полімер – розчинник”, дану задачу можна вирішити за рахунок надання покриттю капілярно-ніздрюватої структури. При цьому може бути досягнуто:

1.Швидке поглинання речовини в плівку (протягом 2-3 сек ) і ії перерозподіл по порам і капілярам (для звичайного покриття час проникання -1 година);

2. Збільшення питомої поверхні може досягати десятків метрів на 1 грам полімеру;

3.При термодинамічній сумісності покриття будівельного виробу і СДОР підвищується імовірність контакту молекул СДОР з активними центрами макромолекул, що приведе до зв'язування його в обсязі ЗАП.

Способи надання полімерним покриттям ніздрюватої структури відомі. Однак вони реалізовані в заводських умовах і не прийнятні для практики будівництва. Виходячи з цього, у роботі розглядалася можливість надання ЗАП капілярно-ніздрюватої структури за рахунок введення в нього ніздрюватого наповнювача. При цьому загальна ніздрюватість покриття буде визначатися ніздрюватістю самого наповнювача, а також ніздрюватістю матричного матеріалу, що повинна формуватися при взаємодії матриці, що твердіє, з ніздрюватим наповнювачем.

Об'єктом дослідження служив нітроцелюлозний лак. В'язкість по віскозиметру ВЗ-4 склала 80 сек; розчинник до робочої в'язкості - уайт-спирит; твердість плівки – не менш 0,2 умов.од.; міцність плівки при ударі 50 кгс ·см, при вигині не більш 1 мм.

У якості наповнювача використовували ніздрюватий гідрофільний наповнювач - силікагель з питомою адсорбційною поверхнею 250 ± 20 м2 /г, обсягом пір 1,6 см2/г і середнім діаметром часток 0,05 мм. Змішання компонентів здійснювали в лабораторних мішалках.

Композиція на основі нітроцелюлозной смоли з ніздрюватим наповнювачем можна представити як дисперсну систему, у якій полімерний матеріал є дисперсійним середовищем, а частки наповнювача - дисперсною фазою (рис.1).

Для реалізації поглинаючої здатності наповнювачів був проведений аналіз середнього розміру капілярів матеріалів на основі силікагелів і середніх розмірів молекул перхлорвінілових, нітроцелюлозних і інших смол.

Якщо врахувати, що середній діаметр пор використовуваного нами силікагелю складає 80-140 ?, то необхідно застосовувати у якості полімерної матриці полімерні матеріали, у яких діаметр молекул повторюваної ланки полімеру менше діаметра пор силікагелю, наприклад нітроцелюлозну смолу (діаметр 79 ?).

Для підтвердження впливу розміру молекул був проведений експеримент із епоксидною смолою і силікагелем. Аналіз результатів показав, що епоксидна смола (діаметр 905 ?) не проникає в поровий простір силікагелю, формуючи щільну плівку.

Розвинута внутрішня поверхня розділу, до якої можна віднести межу розділу дисперсійного середовища з поверхнею часток дисперсної фази і внутрішню поверхню часток, перетворює систему в термодинамічно нестабільну. Зниження надлишкової поверхневої енергії ліофобних систем реалізується через скорочення межфазних меж розділу, як за рахунок створення агрегатів часток дисперсної фази, так і за рахунок прояву ефектів внутрішнього масопереносу. У свою чергу, ефекти внутрішнього масопереносу викликають локальні й інтегральні зміни об’єму системи.

Локальні об'ємні зміни реалізуються в мікрообсягах дисперсійного середовища між ніздрюватими наповнювачами. Інтегральними змінами обсягу системи можна вважати алгебраїчну суму локальних деформацій. Для аналізу виділимо фрагмент дисперсної системи, що включає частки наповнювача з капілярами різного радіуса і частину дисперсійного середовища (рис.1).

Механізм створення ніздрюватої структури в матричному матеріалі пов'язаний з багатьма процесами, одним із яких є поризація матриці пузирями повітря, що витісняються при насиченні ніздрюватого наповнювача полімером. По мірі поглинання силікагелем полімерної матриці будуть “видавлюватися” частки повітря, що знаходяться в порах силікагелю (рис.2).

Це буде приводити до того, що пори будуть також утворюватися і за рахунок зв'язування цих часток повітря по мірі отвердіння покриття.

При взаємодії полімерної матриці з частками наповнювача буде відбуватися поверхнева взаємодія, а також поглинання наповнювачем полімерного середовища, за рахунок капілярної і дифузійної взаємодії. Це викликає локальне зменшення обсягу середовища, що може привести до порушення цілісності матричного матеріалу, що твердіє, за рахунок перерозподілу матеріалу між матрицею і ніздрюватими включеннями.

При взаємодії полімерної матриці із силікагелем буде відбуватися також набрякання силікагелю у результаті поглинання ним плівкоутворювальної основи. Це буде приводити до об'ємних змін усієї системи. Внаслідок цього, у залежності від концентрації наповнювача і щільності упакування полімерного матеріалу, будуть утворюватися пори і капіляри.

Порушення суцільності матричного матеріалу також відбувається за рахунок об'ємних змін, пов'язаних з фізико-хімічними процесами полімеризації (за умови, що адгезійна міцність вище когезійної міцності матриці на визначених етапах полімеризації).

Остаточне формування ніздрюватості в наповненій системі відбувається за рахунок перерозподілу деформацій усадки на внутрішніх поверхнях розділу, до яких відносять межі “тверда поверхня-газ” у вигляді раніше сформованих пор і капілярів у матриці і наповнювачах. Таким чином, при введенні силікагелю в полімерну матрицю буде утворюватися капілярно-ніздрювата структура покриття.

Механізм проникання крапель і часток аерозолю отруйних речовин відбувається при фізичній адсорбції сорбату в порах полімеру і набряканні іншої частини полімеру, тобто стінок пор. У першу чергу будуть заповнюватися капіляри і пори, розмір перетину яких найменший. При заповненні таких капілярів виникають значні капілярні сили. Капілярний масоперенос приводить до того, що рідина під дією цих сил буде проникати на "дно" капіляру. При цьому рідина буде заповнювати всі пори тіла, що по своїх розмірах доступні її молекулам, у тому числі і великі пори.

Надалі, по мірі проникання краплі рідини в капілярно-ніздрювату структуру матеріалу, буде відбуватися адсорбція рідини на стінках пор з утворенням полімолекулярних шарів. Після проникання крапель рідини на "дно " капіляру, стінки капіляру набрякають і "захлопуються". Це буде приводити до того, що крапля отруйної речовини в зворотньому напрямку не десорбирується.

У цілому, процес поглинання СДОР не тільки залежить від характеру ніздрюватої структури полімерного матеріалу, але і від ступеня термодинамічної спорідненості проникаючої речовини стосовно полімерного матеріалу. При поглинанні таких речовин буде відбуватися набрякання полімерного матеріалу, що і буде приводити до перерозподілу пор і їхнього часткового зникнення.

У четвертому розділі досліджені властивості капілярно-ніздрюватого ЗАП.

Було встановлено, що при аерозольно-крапельному зараженні пофарбованих будівельних об'єктів повне поглинання СДОР плівкою покриття (за умови їхньої термодинамічної сумісності) завершується через 50-60 хвилин. При аналогічних умовах, після усмоктування СДОР у ЗАП, десорбирується 8 % речовини, що всмокталася, за 5 днів - 18%, за 25 всього - 22 %. З цього випливає, що значна частина СДОР, що всмокталася, здатна утримуватися в плівці ЗАП. У зв'язку з цим необхідно штучно перерозподілити найбільш рухливу частку СДОР у покритті, яка обумовлює величину дифузійного потоку вище припустимого, у мало рухливий стан, тобто змістити функцію розподілу активаційних параметрів десорбції у напряму великих їхніх значень. Цього можна досягти шляхом зміни кількості ніздрюватого наповнювача.

Аналіз залежності ніздрюватості плівки покриття показав, що на неї впливає концентрація і властивості наповнювачів.

У той же час, для забезпечення експлуатаційних властивостей ЗАП, наповнення має обмеження, яке визначається критичним об'сяговим змістом наповнювача =0,52. При введенні наповнювача вище цього значення в ЗАП може бути порушена безперервність плівкоутворювальної основи, що може привести до втрати експлуатаційних якостей покриття. Разом з тим, аналіз експериментальних даних, представлених на рис.3, показує, що досягти високої ніздрюватості ЗАП (за умови збереження експлуатаційних властивостей) можна при використанні гідрофільних сорбційно-активних наповнювачів на основі силікагелю.

Дослідження ніздрюватої структури проводилося методом ртутної порометрії, що дозволяє вимірювати радіуси пор від 30 до сотень тисяч ангстрем. Більш великі пори (від 104 до 105?) заповнювалися ртуттю під тиском 1 атм. Для заповнення більш дрібних пор застосовували високі тиски, що досягають 2,5-4 тис.атм.

Отримані результати, які представлені на рис.3, показують, що при надлишковому наповненні ЗАП створюється ніздрювата плівка із сумарним обсягом пор до 0,7 см3/м, що відповідає обсягу пор типових адсорбентів.

При взаємодії полярних макромолекул з гідрофільною поверхнею (наприклад, з частками силікагелів чи аеросилу) з'являються специфічні міжмолекулярні взаємодії полярних груп з поверхнею з утворенням водневих зв'язків.

Виникнення подібних зв'язків у процесі формування полімерного матеріалу сприяє додатковому структуруванню системи й робить неможливим появу щільно упакованої структури, оскільки в концентрованих розчинах (якими звичайно є емалі) макромолекули знаходяться в згорнутому стані і їхня взаємодія з активними центрами поверхні здійснюється через контакти лише з окремими сегментами макромолекул. При цьому частина макромолекул, що мають меншу молекулярну масу, здатна проникати в пори.

Отже, незворотне поглинання СДОР полімерною плівкою може визначатися тільки власною структурою полімерного матеріалу і ступенем термодинамічної сумісності СДОР з полімером.

Це означає, що надання плівки ЗАП ніздрюватої структури, з одного боку, буде сприяти зниженню концентрації СДОР у полімері, а з іншого - зростанню термодинамічної сумісності СДОР із плівкоутворювачем і, отже, переходу молекул СДОР у менш рухливий стан.

У той же час після поглинання плівкою покриття СДОР, буде відбуватися їхня десорбція з наступним можливим зараженням навколишнього середовища. Тому необхідно було визначити мінімальну допустиму питому поверхню наповнювача, при якій дифузійний потік СДОР не представляв би загрози.

Проведений експеримент із використанням таких отруйних речовин, як синильна кислота, фосфати, показав, що зміна дифузійного потоку від питомої поверхні наповнювача визначається рівнянням наступного виду:

, (2)

де і - відповідно поточний і початковий дифузійній потоки.

Значення цих коефіцієнтів представлені в табл.1

Таблиця 1

Значення параметрів рівняння і мінімальної питомої поверхні наповнювача

Тип СДОР | Параметри рівняння | м2/г

I0 мг/м2 | В·103кг/м2 | коефіцієнт кореляції (n=18)

фосфати | 111,9 | 3,6 | 0,875 | 195

зоман | 6412 | 5,3 | 0,909 | 187

синильна кислота | 1000196 | 4,1 | 0,909 | 167

Зміна величини дифузійного потоку від питомої поверхні наповнювачів для різних СДОР відбувається симбатно, а розходження в його значеннях визначаються початковими умовами (маса крапель, щільність зараження). При надлишковому наповненні ЗАП гідрофільними наповнювачами величина дифузійного потоку знижується зі збільшенням питомої поверхні наповнювача. З практичної точки зору рівняння (2) дозволило визначити мінімальну питому поверхню наповнювача, яка дорівнює 195 м2/г.

Оптимізація складу ЗАП, здатного незворотньо поглинати СДОР, виконувалася по стандартним методикам із застосуванням повних двохфакторних експериментів і розрахунку експериментально-статистичних моделей у системі COMPEX (рис.4).

Для визначення оптимального складу ЗАП, при якому зворотній дифузійний потік буде мати безпечне значення Iдоп= 4,5 мг/м2 , а сумарний обсяг пор, що одержується при цьому, мав максимальне значення VУ ?max, рішення даної задачі здійснювалося за допомогою накладення відповідних діаграм.

Аналіз отриманих результатів і проведені дослідження показали, що даним вимогам можуть задовольняти різні наповнювачі на основі силікагелів. Однак перевагу варто віддавати АСК-4 (Sпит =300м2/г), що постачається у війська цивільної оборони, а також аеросилу(Sпит = 250м2/г), що має промислову основу на Україні.

Проведені дослідження показали, що необхідна капілярно-ніздрювата структура може бути отримана при співвідношенні плівкоутворювача і наповнювача 3:1 у 1 кг нелетучої частини емалі. Дане покриття доцільно наносити поверх існуючого шару, що створює систему, в який нижні шари будуть виконувати захисну функцію, а верхній - незворотньо поглинати СДОР.

Після ліквідації наслідків впливу СДОР необхідно провести дегазацію поверхні ЗАП. Для цих цілей необхідно застосовувати, не пізніше 3 діб, розчини, що дегазують, (РД-2, ДТС ГК, порошки СФ-2У) для конкретного типу СДОР, що дасть можливість вимивати отруйні речовини з пор і капілярів.

В особливих випадках можна використовувати спеціальну змивку АФТ-1, що розм'якшує плівку покриття, що дозволить легко видаляти СДОР разом з покриттям.

У п'ятому розділі розроблена технологія одержання й оцінка властивостей покрить, модифікованих наповнювачем.

Установлено, що фізико-механічні і декоративно-захисні властивості модифікованих ЗАП зберігаються при введенні припустимої кількості ніздрюватого наповнювача. Оцінку властивостей покрить проводили за різними показниками, що мали наступні значення: умовна в'язкість по ВЗ-246 - 50-100 сек; міцність на вигін - не менш 1 мм; міцність при ударі - 40 см; твердість по М-3 - 0,5 умов.од.; еластичність - не більш 1 мм; адгезія - не більш 1 бала; термостійкість при 150°С не менш 5 годин; стійкість до мелення - 6 балів; стійкість до атмосферного пилу і бруду - 0,8.

Оцінка кількості СДОР, що поглинається, проводилася експериментально. На кожну випробовану пофарбовану пластинку площею 1,5 дм2 шляхом розбризкування наносилося 1,5 г СДОР на основі фосфатів, забезпечуючи наступну щільність нанесення: 1г/дм2, при середній масі краплі 0,002 г. Результати випробувань на швидкість випаровування СДОР з пофарбованих поверхонь показали, що швидкість випару СДОР у мг/хв із пофарбованої поверхні (при 20±1°С) зі зразків у перерахуванні на 1 дм2 склала: через 10 сек - 6 мг/хв, через 30 сек - 0,8 мг/хв, через 60 сек - 0,1 мг/хв. Отже, лише в перші 10 сек зворотній дифузійний потік представляв загрозу для життя. Надалі 98 % СДОР, що всмокталося, утримувалося в обсязі плівки покриття.

Визначено вимоги до складу, властивостей компонентів і технологічних параметрів плівки, а саме:

1.Плівкоутворювальна основа – типові емалі і ґрунтовки, плівкоутворювачі яких сумісні зі СДОР (ХВ-518, ХС-744, АК-070).

2.Наповнювачі – гідрофільні адсорбенти з питомою поверхнею 195 м2/г і розміром часток не більш 15 мкм.

3.Співвідношення емалі і наповнювача -75 % до 25 % по масі.

4.Розчинники (розріджувачі) - відповідно ТУ на типові емалі (ґрунтовки).

5.Товщина формованої плівки на поверхні покриття - не більш 200 мкм.

6.Збереження властивостей плівки покриття при кратності зараження - не менше 3 разів.

Склади, що рекомендуються, були використані для підвищення екологічної безпеки будівельних об'єктів, як захисні покриття для тамбурів (шлюзових камер) притулків і підвалів, а також на внутрішніх поверхнях складів і сховищ з отруйними речовинами на підприємстві “Монтажхимзащита – СМУ 245”, загальною площею 1200 м2.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Теоретично обґрунтована й експериментально підтверджена можливість одержання захисно-акумулючих покрить, що володіють новою властивістю - здатністю незворотньо поглинати СДОР.

2. Розроблено механізм створення капілярно-ніздрюватої структури покриття і показано, що на сумарний обсяг пор покриття впливає введення гідрофільних наповнювачів сорбційного типу.

3. Зроблений аналіз методів оцінки сумісності речовин дозволив розробити методику оцінки сумісності плівкоутворювача ЗАП зі СДОР, в основу якої покладена тривимірна концепція параметрів розчинності Хансена-Чена.

4. Визначені умови й обґрунтовані принципи надання плівкам ЗАП властивостей незворотнього поглинання СДОР, що полягають у зниженні локальної щільності зараження, досягненні умови термодинамічної сумісності плівкоутворювача ЗАП зі СДОР і зсуві функції розподілу активаційних параметрів десорбції СДОР із ЗАП в область великих їхніх значень, що забезпечується створенням капілярно-ніздрюватої структури плівки при її формуванні з наповненої емалі.

5. Встановлено, що модифікація ЗАП ніздрюватим наповнювачем приводить до створення капілярно-ніздрюватої структури з питомою поверхнею десятків квадратних метрів на грам покриття, забезпечуючи при цьому свої необхідні фізико-механічні і експлуатаційні характеристики.

6. Оптимізовані склад і технологія виготовлення ЗАП і показано, що для формування плівки покриття, здатної незворотньо поглинати СДОР, можуть використовуватися емалі на основі перхлорвінілової (ХВ-518), вінілхлоридної (ХС-744) і алкідної (АК-070) смол, а в якості наповнювача – кремнеземи з питомою поверхнею 200 м2/г, перевага серед яких може бути віддана аеросилу (мається виробнича база на Україні) і алюмосилікатному каталізатору АСК, що мається у великій кількості на постачанні військ цивільної оборони.

7. Науково-обґрунтований підхід до дослідження процесів модифікації ЗАП і композицій на їх основі дозволили розробити рекомендації з технології виробництва ЗАП, обґрунтувати вимоги до складу і властивостей ЗАП, розробити рецептури складів і впровадити їх у дослідницькому будівництві, як покриття будівельних об'єктів, що забезпечують екологічну безпеку.

Основні результати роботи відображені в публікаціях:

1.

Розроблені методологічні підходи до оцінки стійкості лакофарбових покрить до агресивних середовищ.

2. Бачинський В.В., Паршинцев А.А., Алексеєв В.О., Старцев В.І. та інш. Захист військ від зброї масового ураження (навчальний посібник).-Одеса: ОІСВ, 2001.-134 с.

Розроблені основи захисту військ від хімічної зброї.

3. Бачинський В.В. Оцінка сумісності типових лакофарбових покриттів з отруйними речовинами з використанням ЕОМ // Науково-технічний збірник № 6 част. 1.- Одеса: ОІСВ.- 2001.-С. 8-11.

4. Бачинський В.В. Надання лакофарбовим покриттям властивості необоротного поглинання отруйних речовин при зараженні споруджень // Науково-технічний збірник №7.- Одеса: ОІСВ, 2002.- С. 9-12.

5. Бачинський В.В., Оленєв В.М., Шилов В.І., Копит Н.Х. та інш. Емаль // Деклараційний патент України на винахід № 58965 А від 02.12.2002 р.

Показано вибір емалі, здатної незворотньо поглинати отруйні речовини.

6. Бачинский В.В., Бугаев С.В. Использование самодегазирующихся покрытий для ликвидации последствий применения сильно ядовитых веществ// Вісник Одеського інституту внутришніх справ.- Одеса: ОНЮА.- 2002.- С. 68-70.

Визначено теоретичне обґрунтування застосування покрить, що самодегазуються.

7. Бачинский В.В. Моделирование процесса капиллярно-пористой структуры декоративно-защитного покрытия // Матер. 42-го междунар. сем. по моделированию и оптимизации композитов.- Одесса: Астропринт.-2003. – 88 с.

8. Бачинский В.В. Влияние растекания ядовитых веществ на локальную плотность заражения декоративно-защитного покрытия // Вісник ОДАБА № 9.-Одеса: Астропринт.- 2003.- С. 27-30.

9. Бачинский В.В., Выровой В.Н., Довгань В.Г. Механизм организации капиллярно-пористой структуры защитного аккумулирующего покрытия // Матер.сборника тезисов трудов симпозиума.-Сумы: Довкілля.-2003.-С.25.

Показана організація ніздрюватої структури покриття.

10. Бачинський В.В., Вировой В.М., Оленєв М.В., Дем’янчук Б.О. Спосіб отримання покриття капілярно-ніздрюватої структури // Заява на винахід № 2003043248 від 11.04.2003 р.

Визначено спосіб організації ніздрюватої структури покриття.

11. Бачинський В.В., Бугаєв С.В. Стійкість захисних покрить до впливу агресивних середовищ // Вісник Технологічного університету Поділля.- Хмельницкий:ХТУ.-2003.-С.112-114.

Показано теоретичне обґрунтування застосування покрить, що самодегазуються.

АНОТАЦІЯ

Бачинський В.В. Захисно-акумулюючі покриття. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - "Будівельні матеріали та вироби". - Одеська державна академія будівництва і архітектури. Одеса-2004.

Дана дисертаційна робота присвячена питанням розробки оптимальних складів і технології виготовлення захисно-акумулюючих покрить, здатних поглинати сильнодіючі отруйні речовини, що проникають у плівку покриття.

У роботі показана можливість надання полімерним захисним покриттям властивостей по незворотньому поглинанню отруйних речовин, що складається в досягненні термодинамічної сумісності плівкоутворювача покриття з отруйною речовиною і формуванні власної капілярно-ніздрюватої структури, при введенні в покриття ніздрюватого гідрофільного наповнювача.

Ключові слова: захисно-акумулюючі покриття, капілярно-ніздрювата структура, ніздрюватий наповнювач, поглинання отруйних речовин, полімерні матеріали.

АННОТАЦИЯ

Бачинский В.В. Защитно-аккумулирующие покрытия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. Одесская государственная академия строительства и архитектуры. Одесса-2004.

Данная диссертационная работа посвящена вопросам разработки оптимальных составов и технологии изготовления защитно-аккумулирующих покрытий, способных поглощать сильнодействующие ядовитые вещества, проникающие в пленку покрытия.

Предложен новый подход к решению задачи по защите строительных конструкций от воздействия агрессивных сред, который состоит в превентивном нанесении на их поверхности ЗАП, пленка которых способная необратимо поглощать вредные жидкие вещества.

В работе показана возможность придания полимерным защитным покрытиям свойств по необратимому поглощению ядовитых веществ, которая состоит в достижении термодинамической совместимости пленкообразователя покрытия с ядовитым веществом и формировании собственной капиллярно-пористой структуры, при введении в покрытие пористого гидрофильного наполнителя.

Исследовано растекание ядовитых веществ на различных защитных покрытиях. Показано, что для совместимых покрытий за счет растекания ядовитых веществ изменить локальную плотность заражения не представляется возможным.

Обоснован выбор основных компонентов для получения покрытий, способных необратимо поглощать ядовитые вещества. Установлено, что только гидрофильные сорбционно-активные наполнители с минимальной удельной поверхностью 195 м2/г, способствуют значительному увеличению суммарного объема пор в покрытии, при которых достигается безопасный обратный диффузионный поток ядовитого вещества.

Разработан механизм создания капиллярно-пористой структуры покрытия и оптимизированы составы защитно-аккумулирующих покрытий, способных необратимо поглощать ядовитые вещества.

Экспериментально установлено, что при увеличении массы капель ядовитых веществ, с течением времени наблюдается образование набухшего слоя полимера по периметру контакта капли вещества с пленкой покрытия, то есть образуется устойчивая система (в виде студня) в которой ядовитое вещество сохраняет диффузионную подвижность. Установлено, что если перераспределить подвижную долю ядовитого вещества в покрытии и сместить функцию распределения активационных параметров в область больших их значений (константа скорости изменится в миллион раз) то ЗАП смогут необратимо поглощать вредные жидкие вещества.

Показано, что при попадании капель ядовитых веществ на ЗАП, в первую очередь будут заполняться капилляры и поры, размер сечения которых наименьший. При заполнении таких капилляров возникают значительные капиллярные силы. Значительный капиллярный массоперенос приводит к тому, что жидкость под действием этих сил будет проникать на "дно" капилляра. При этом ядовитое вещество будет заполнять все поры тела, которые по своим размерам доступны ее молекулам, в том числе и крупные поры. В дальнейшем по мере проникания капель жидкости в капиллярно-пористую структуру материала будет происходить адсорбция жидкости на стенках пор с образованием полимолекулярных слоев. После проникания капель жидкости на "дно " капилляра, стенки капилляра набухают и "захлопываются". Это будет приводить к тому, что капля ядовитого вещества не сможет обратно десорбироваться.

По результатам исследований были определены рекомендации по технологии производства ЗАП, обоснованы требования к составу и свойствам ЗАП, разработаны рецептуры составов, которые внедрены в исследовательском строительстве в виде защитных покрытий для повышения экологической безопасности строительных объектов.

Ключевые слова: защитно-аккумулирующие покрытия, капиллярно-пористая структура, пористый наполнитель, поглощение ядовитых сред, полимерные материалы.

THE SUMMARY

Bachinsky V.V. Protective-accumuling coverings. - Manuscript.

Candidate of engineering sciences dissertation, speciality 05.23.05 - " Building materials and products ". - Odessa State Academy of Building and Architecture. Odessa - 2004.

This thesis is devoted to the questions of the optimal structures and the manufacture technology of the protective-accumuling coverings capable to absorb strong poisonous substances, which penetrate into a covering pellicle.

At this work the possibility of the providing the polymeric decorative and protective coverings with the poisonous substances irreversible absorption properties is shown.

It takes shape in ability to achieve the thermodynamic compatibility of the pellicle forcer with the poisonous substances and to form the own capillary and porous structure when the porous hydrophilous filler is bringing into the covering

Key words: protective-accumuling coverings, capillary and porous structure, porous filler, absorption of poisonous substances, polymeric materials.