Введение к работе
Актуальность работы
Обеспечение экономичных энергосберегающих условий эксплуатации зданий и сооружений — основная цель современной строительной индустрии. В связи с этим ужесточились требования по тепловому сопротивлению стен и в 1995 г. было произведено уточнение СНиП ІІ-3-79* «Строительная теплотехника». Применение полимерных ячеистых материалов позволяет сокращать теп-лопотери без увеличения толщины ограждающих конструкций, поэтому их используют в качестве теплоизоляционного материала в строительстве, теплоизолирующего слоя под напольные покрытия.
Одним из наиболее перспективных полимерных теплоизоляционных материалов являются поливинихлоридные пенопласты, имеющие низкий коэффициент теплопроводности и относятся к классу горючести Г2 (а при соответствующей модификации - к классу горючести Г1). Другие полимерные материалы, даже при наличии антипиренов, относятся к классу горючести ГЗ - Г4. Среди полимерных материалов пенополивинилхлорид имеет наибольшие показатели атмосферостойкости и долговечности, а также обладает выраженными иротивомикробными свойствами.
Наряду с перечисленными преимуществами выпускаемый промышленностью пенополивинилхлорид (ППВХ) имеет ряд недостатков:
- плотность более 100 кг/м3, что снижает его конкурентоспособность на
рынке теплоизоляционных материалов из-за более высокой стоимости 1 м3;
— при получении пенополивинилхлорида в композиции вводятся токсич
ные ингредиенты: метилметакрилат (ММАК), азо-дк-изобутиронитрил (ЧХЗ-
57) и трикрезилфосфат (ТКФ), что не позволяет применять данный вид тепло
изоляции при строительстве жилых зданий.
Устранение приведенных недостатков при уменьшении плотности пенополивинилхлорида определяет актуальность настоящего исследования.
Научные исследования проводились по приоритетным направлениям развития науки и техники Российской Федерации в соответствии с перечнем критических технологий, утвержденным Постановлением Правительства РФ 21 июля 1996 г. № 2727/п-Ш. А также в рамках госбюджетной тематики ВлГУ № 286/91 и хоздоговорной работы № 2126/99.
Цели и задами исследований
Цель диссертационной работы:
разработка модифицированного теплоизоляционного материала на основе поливинилхлорида с плотностью не более 80 кг/м при максимальном устранении из композиций токсичных ингредиентов и повышении горючести до класса П без ухудшения основных эксплуатационных характеристик.
Исходя из цели работы, решались следующие задачи:
1. Модификация композиций для получения пенополивинилхлорида путем максимального снижения содержания токсичных ингредиентов или замена их более безопасными.
-
Создание более легких теплоизоляционных материалов с показателями плотности: для жесткого и эластичного — менее 80 кг/м3.
-
Исследование кинетики вспенивания заготовок материала, кинетики разложения газообразователей и теплостойкости композиций.
-
Изучение физико-механических и теплофизических характеристик полученного ячеистого материала.
-
Анализ влияния композиционных и технологических параметров на свойства строительного материала:
выявление возможности получения жесткого пенополивинилхлорида на основе композиций: содержащих не более 5 % метилметакрилате, при выводе из композиции азо-дм-изобутиронитрила;
исследование влияния пластификаторов различных типов на кинетику разложения неорганических и органических газообразователей, а также их смесей и определение эффективных пластификаторов (или их смесей), позволяющих снизить плотность пенополивинилхлорида без потери основных физико-механических характеристик;
подбор соотношения газообразователей и полимера в композициях, позволяющих получать теплоизоляционный материал на основе поливинилхлори-да (ПВХ) с плотностью менее 80 кг/м3;
определение влияния марки полимера на свойства эластичного пенополивинилхлорида.
-
Расчет уравнений регрессии взаимосвязи состава композиции с характеристиками готового изделия и рекомендация рецептуры для производства жесткого и эластичного пенопласта на основе поливинилхлорида.
-
Апробация полученных результатов в производственных условиях.
-
Разработка технологических схем получения теплоизоляционных материалов на основе поливинилхлорида для применения модифицированных композиций, оценка технико-экономических показателей производства.
Научная новизна
установлена возможность получения ячеистого материала на основе поливинилхлорида при снижении концентрации метилметакрилата в системе «ПВХ -(ЫНд^СОз -NaHC03 -ММАК», используемой для производства материала марки ПХВ-1, от 25 % до 2,5 %;
выявлено эффективное пластифицирующее вещество, представляющее собой смесь производных 1,3-диоксана (ЭДОС), позволяющее увеличить газовое число минеральных газообразователей в 2 раза в композициях для получения жесткого ячеистого материала на основе поливинилхлорида без снижения теплостойкости композиции;
экспериментально уставлена возможность получения легких пенопла-стов на основе смеси эмульсионного и суспензионного поливинилхлорида;
с помощью математического моделирования определена взаимосвязь свойств полученного эластичного и жесткого пенополивинилхлорида и состава
5 композиций для систем: «ПВХ ЕП - ПВХ С - пластификатор - азодикарбонамид - ZnO - Sb203», «ПВХ - ЭДОС - (NH4)2C03- NaHCOj- ММАК». Практическая ценность
модифицирована композиция для получения эластичного пенополи-винилхлорида, что позволяет производить экологически безопасный теплоизоляционный материал с закрытоячеистой структурой, высокой прочностью при растяжении (0,42 МПа), с низкими плотностью (менее 80 кг/м3) и теплопроводностью (0,031 Вт/мК), относящийся к группе горючести П;
уменьшено на 25 % время выдержки заготовок при прессовании для получения эластичного пенополивинилхлорида из модифицированных композиций, что приводит к увеличению производительности процесса и снижению плотности ячеистого материала;
снижена токсичность производства жесткого пенополивинилхлорида за счет уменьшения концентрации метилметакрилата в 10 раз и отказа от использования азо-йм-изобутиронитрила;
получен жесткий теплоизоляционный материал на основе поливи-нилхлорида на основе модифицированной композиции, содержащей 4 % метилметакрилата, с низкой плотностью (менее 80 кг/м3) и теплопроводностью (0,037 Вт/м-К), относящийся к группе горючести Г1;
на основании математической обработки экспериментальных данных рекомендованы составы композиций для получения жесткого и эластичного пенополивинилхлорида в промышленных условиях.
Реализация результатов
Результаты исследований внедрены в соответствии с техническим заданием на производственно-коммерческой фирме «Инкомпен» (г.Владимир). На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований, полученные при модификации композиций на основе поливинилхлорида, данные ИК-спектроскопии образцов модифицированных ячеистых материалов;
адаптированная к использованию модифицированных композиций технология производства высококачественного теплоизоляционного полимерного материала на основе поливинилхлорида прессовым методом.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях: IV международной научно-технической конференции «Производственные технологии и качество продукции», г. Владимир, 2001; II Всероссийской научной конференции «Физико-химия процессов переработки полимеров» (с международным участием), г. Иваново, 2002; III научной конференции аспирантов Ивановской государственной архитектурно-строительной академии, г. Иваново, 2003; Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) «Наукоемкие технологии XXI века», г.Владимир, 2006.
6 Публикации
По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 2 статьи, 6 тезисов докладов, 8 материалов конференций.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 179 страниц текста, 34 рисунка, 36 таблиц и библиографический список, включающий 144 наименования.
