Визначення термічних та вогнезахисних властивостей нанокомпозитів співполімеру етилену з вінілацетатом
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154676Ключові слова:
органомодифікований монтморилоніт, терморозширений графіт, нанокомпозит, інтумесцентне покриття, вуглеводнева пожежаАнотація
Для створення вогнезахисного покриття, що може бути застосоване в умовах вуглеводневої пожежі, синтезовано нанокомпозити співполімера етилену з вінілацетатом (EVA) з монтморилонітом (MMT), терморозширеним графітом (EG) та досліджено структуру, фізико-хімічні та термічні властивості. Методами ІЧ-спектроскопії та рентгенофазового аналізу встановлено, що нанокомпозити EVA з монтморилонітом та графітом, отримані в розчині та розплаві, мають ідентичну структуру.
Досліджена термоокислювальна деструкція співполімеру EVA та нанокомпозитів на його основі в інтервалі температур 100–700 оС. Доведено, що наноглина та нанографіт у складі нанокомпозитів підвищують теплові характеристики вихідних полімерів. Термічна стабільність досліджених сполук підвищується у ряду: полімер < полімер-EG < полімер-MMT < полімер-ММТ-EG. Показано, що присутність в полімерній матриці наночастинок знижує швидкість термічного розпаду EVA при температурі вище за 450 оС та підвищує масу коксового залишку після температури початку деструкції вихідного співполімеру EVA – 250 оС. Встановлено синергічну дію суміші MMT/EG на процеси уповільнення термічної деградації співполімера EVA.
Вивчено вплив графіту та органомодифікованого монтморилоніту у складі нанокомпозитів EVA на термодеструкцію інтумесцентної системи поліфосфат амонію/меламін/пентаеритрит. Встановлена синергічна дія суміші наночастинок глини та графіту в гібридному нанокомпозиті. Синергізм полягає у підвищенні межі вогнестійкості металевих конструкцій майже на 20 % в порівнянні з покриттям, що містить нанокомпозит полімер/наноглина чи полімер/нанографіт.
На основі отриманих результатів розроблено інтумесцентну основу вогнезахисної фарби для сталевих конструкцій, яка рекомендується до застосування для підвищення межі вогнестійкості металу в умовах вуглеводневої пожежі
Посилання
Mariappan, T. (2016). Recent developments of intumescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences, 34 (2), 120–163. doi: https://doi.org/10.1177/0734904115626720
Puri, R. G., Khanna, A. S. (2016). Intumescent coatings: A review on recent progress. Journal of Coatings Technology and Research, 14 (1), 1–20. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-016-9815-3
Anees, S. M., Dasari, A. (2017). A review on the environmental durability of intumescent coatings for steels. Journal of Materials Science, 53 (1), 124–145. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-017-1500-0
Rossi, S., Fedel, M., Petrolli, S., Deflorian, F. (2016). Accelerated weathering and chemical resistance of polyurethane powder coatings. Journal of Coatings Technology and Research, 13 (3), 427–437. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-015-9764-2
Hazer, S., Coban, M., Aytac, A. (2017). Effects of the Nanoclay and Intumescent System on the Properties of the Plasticized Polylactic Acid. Acta Physica Polonica A, 132 (3), 634–637. doi: https://doi.org/10.12693/aphyspola.132.634
Hu, Y., Wang, X., Li, J. (2016). Regulating Effect of Exfoliated Clay on Intumescent Char Structure and Flame Retardancy of Polypropylene Composites. Industrial & Engineering Chemistry Research, 55 (20), 5892–5901. doi: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b00480
Ustinov, A., Zybina, O., Tanklevsky, L., Lebedev, V., Andreev, A. (2018). Intumescent coatings with improved properties for high-rise construction. E3S Web of Conferences, 33, 02039. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183302039
Yew, M. C., Ramli Sulong, N. H., Yew, M. K., Amalina, M. A., Johan, M. R. (2014). Investigation on solvent-borne intumescent flame-retardant coatings for steel. Materials Research Innovations, 18 (sup6), S6-384–S6-388. doi: https://doi.org/10.1179/1432891714z.0000000001026
Md Nasir, K., Ramli Sulong, N. H., Johan, M. R., Afifi, A. M. (2018). An investigation into waterborne intumescent coating with different fillers for steel application. Pigment & Resin Technology, 47 (2), 142–153. doi: https://doi.org/10.1108/prt-09-2016-0089
Kiliaris, P., Papaspyrides, C. D. (2010). Polymer/layered silicate (clay) nanocomposites: An overview of flame retardancy. Progress in Polymer Science, 35 (7), 902–958. doi: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2010.03.001
Wang, J. (2015). The protective effects and aging process of the topcoat of intumescent fire-retardant coatings applied to steel structures. Journal of Coatings Technology and Research, 13 (1), 143–157. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-015-9733-9
Mochane, M. J., Luyt, A. S. (2015). Synergistic effect of expanded graphite, diammonium phosphate and Cloisite 15A on flame retardant properties of EVA and EVA/wax phase-change blends. Journal of Materials Science, 50 (9), 3485–3494. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-015-8909-0
Dittrich, B., Wartig, K.-A., Mülhaupt, R., Schartel, B. (2014). Flame-Retardancy Properties of Intumescent Ammonium Poly(Phosphate) and Mineral Filler Magnesium Hydroxide in Combination with Graphene. Polymers, 6 (11), 2875–2895. doi: https://doi.org/10.3390/polym6112875
Aziz, H., Ahmad, F. (2016). Effects from nano-titanium oxide on the thermal resistance of an intumescent fire retardant coating for structural applications. Progress in Organic Coatings, 101, 431–439. doi: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2016.09.017
Duquesne, S., Bachelet, P., Bellayer, S., Bourbigot, S., Mertens, W. (2013). Influence of inorganic fillers on the fire protection of intumescent coatings. Journal of Fire Sciences, 31 (3), 258–275. doi: https://doi.org/10.1177/0734904112467291
Wu, H., Krifa, M., Koo, J. H. (2014). Flame retardant polyamide 6/nanoclay/intumescent nanocomposite fibers through electrospinning. Textile Research Journal, 84 (10), 1106–1118. doi: https://doi.org/10.1177/0040517513515314
Newton, A., Kwon, K., Cheong, D.-K. (2016). Edge Structure of Montmorillonite from Atomistic Simulations. Minerals, 6 (2), 25. doi: https://doi.org/10.3390/min6020025
Vakhitova, L., Drizhd, V., Тaran, N., Кalafat, K., Bessarabov, V. (2016). The effect of organoclays on the fire-proof efficiency of intumescent coatings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (84)), 10–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84391
Wang, X., Kalali, E. N., Wang, D.-Y. (2016). Two-Dimensional Inorganic Nanomaterials: A Solution to Flame Retardant Polymers. Nano Advances. doi: https://doi.org/10.22180/na155
Nwabueze, D. O. (2016). Liquid Hydrocarbon Storage Tank Fires – How Prepared is your Facility? Сhemical Engineering Transactions, 48, 301–306. doi: http://doi.org/10.3303/CET1648051
Han, Z., Fina, A., Malucelli, G., Camino, G. (2010). Testing fire protective properties of intumescent coatings by in-line temperature measurements on a cone calorimeter. Progress in Organic Coatings, 69 (4), 475–480. doi: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2010.09.001
Ucankus, G., Ercan, M., Uzunoglu, D., Culha, M. (2018). Methods for preparation of nanocomposites in environmental remediation. New Polymer Nanocomposites for Environmental Remediation, 1–28. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-811033-1.00001-9
Müller, K., Bugnicourt, E., Latorre, M., Jorda, M., Echegoyen Sanz, Y., Lagaron, J. et. al. (2017). Review on the Processing and Properties of Polymer Nanocomposites and Nanocoatings and Their Applications in the Packaging, Automotive and Solar Energy Fields. Nanomaterials, 7 (4), 74. doi: https://doi.org/10.3390/nano7040074
Dabrowski, F., Le Bras, M., Cartier, L., Bourbigot, S. (2001). The Use of Clay in an EVA-Based Intumescent Formulation. Comparison with the Intumescent Formulation Using Polyamide-6 Clay Nanocomposite As Carbonisation Agent. Journal of Fire Sciences, 19 (3), 219–241. doi: https://doi.org/10.1106/wb1v-x0c6-g5eb-tc3j
Cai, Y., Hu, Y., Song, L., Lu, H., Chen, Z., Fan, W. (2006). Preparation and characterizations of HDPE–EVA alloy/OMT nanocomposites/paraffin compounds as a shape stabilized phase change thermal energy storage material. Thermochimica Acta, 451 (1-2), 44–51. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2006.08.015
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Lubov Vakhitova, Volodymyr Bessarabov, Nadezhda Тaran, Andrey Redko, Victor Anishchenko, Glib Zagoriy, Anatolii Popov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
