Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла

Реферат: Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла містить акриловий мономер, водорозчинну сіль, ініціатор полімеризації, зшиваючий агент, каталізатор та воду та додатково містить наповнювач, теплоносій та стабілізатор. UA 99394 U (12) UA 99394 U UA 99394 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі будівництва, зокрема до фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла, і може бути використана у будівельних скляних конструкціях як вогнестійкий прошарок конструкцій з заскленням, у різного роду протипожежних перегородках та вікнах. Реконструкція старих та будівництво нових споруд потребує надійного їх захисту від різноманітних непередбачених обставин, здатних заподіяти руйнівної шкоди – землетрусів, повеней, пожеж тощо. В наш час всі споруди і будівлі проектуються з урахуванням можливості запобігання пожеж, способам її гасіння, локалізації осередків загоряння та методам евакуації людей з небезпечних зон. Для цього розроблено безліч протипожежних засобів: протипожежні двері, ворота, перегородки, завіси, вікна і т.п. Особливе місце серед згаданого ряду засобів посідають конструкції з протипожежним заскленням, завданням яких є створення тимчасової перешкоди поширенню вогню. У зв'язку з цим найбільш поширеною сферою застосування цих конструкцій є будинки суспільного і виробничого призначення, де при пожежі виникає необхідність перешкоджання поширенню вогню з поверху на поверх, із приміщення в приміщення. Основною вимогою до вогнестійких матеріалів для скління є забезпечення ефективного бар'єру від полум'я і диму і забезпечення термічного захисту. Незважаючи на те, що скло є негорючим матеріалом, воно може плавитися, розтріскуватися і руйнуватися під дією тепла полум'я, його рама може горіти або деформуватися так, що захисний бар'єр порушується і відбувається пряме поширення полум'я і диму. Відомі різні види вогнестійкого скла. Вогнестійке скло виготовляють багатошаровим з одним чи декількома шарами вогнестійкого матеріалу, який активується при пожежі і поглинає теплове випромінювання з утворенням високоактивного ізоляційного шару. Багатошарове скло виготовляють з двома і більше шарами силікатного скла, між якими знаходиться прозора композиція. Для такого скла важливими є вагові характеристики, товщина скла, стійкість до ультрафіолетового випромінювання, температурний інтервал експлуатації, шумо- і теплоізоляційні властивості, коефіцієнт світлопропускання. На ринку представлено широкий спектр вогнестійкого скла провідних світових виробників, таких як EUROGLAS (Швейцарія), CGI–PARAFLAM (Велика Британія), AGC (Бельгія), PILKINGTON (Велика Британія), INTERVER (Франція), SCHOTT (Німеччина), ООО "ПТИИЦ СТ" (Росія) та інші. Відомий гідрогель, який використовують як вогнезахисний шар в склі вогнестійкому багатошаровому і містить похідні поліакриламіду та/або поліметакриламіду 3-50 мас. % та їх співполімери зі зв'язуючим мономером (0,05-5 мас. %), які мають принаймні два ненасичені зв'язки в молекулі; добавку, що запобігає замерзанню – багатоатомний спирт або суміш багатоатомних спиртів, що належать до з'єднань ряду: полівініловий спирт, етиленгліколь, етилендигліколь, гліцерин, ізобутилгліцерин і їм подібні, а також водорозчинні вуглеводи, наприклад сахароза, лактоза, глюкоза, фруктоза і їм подібні 5-20 мас. %; хлориди лужних та/або лужноземельних металів 5-50 мас. %; дистильована вода - решта [1]. Проте, відомий гідрогель містить поліаміди, в'язкість розчинів яких не стабільна в часі, що призведе до зміни експлуатаційних властивостей вогнезахисного шару в часі і нетривалого терміну служби конструкції. Відомий гідрогель, який використовують як вогнезахисний шар в пожежобезпечному багатошаровому склі, що містить поліакрилову кислоту від 3 до 25 мас. % та/або поліметакрилову кислоту, та/або їх співполімери від 3 до 5 мас. %, та/або солі поліакрилової та/або поліметакрилової кислот і лужних металів; багатоатомні спирти, переважно етиленгліколь або гліцерин; воду від 65 до 90 мас. %; ініціатор полімеризації; органічну кислоту – лимонну кислоту та/або її солі лужних металів; сполуки, що містять аміногрупи переважно триетаноламін; зшиваючий агент [2]. Недоліком відомого гідрогелю є низький коксовий залишок при деструкції гідрогелю внаслідок значного вмісту води: від 65 до 90 мас. %. Руйнування всіх стекол в багатошаровому склі з гідрогелевими прошарками, що містять більше 60 мас. % води, носить хлопкоподібний характер, при цьому тріщини на склі утворюють замкнуті ділянки, які згодомруйнуються. Це пояснюється високими напруженнями, що виникає в матеріалі при випаровуванні пов'язаної в гелі води. Кокс, утворений гідрогелем з великим вмістом води, має пухку пористу структуру, швидко руйнується і обсипається, не утворюючи щільного теплоізолюючого шару. Відомий органічно-неорганічний гібридний прозорий гідрогель для вогнезахисного склопакета [3], що включає: 3-10 мас. % акрилового мономеру, 1-10 мас. % розчину алкоксиду металу, 5-30 мас. % водорозчинної солі; 0,5-5 мас. % сполуки фосфору; 0,01-0,2 мас. % 1 UA 99394 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 силанового агента, 0,5-3 мас. % солі четвертинного амонію, 0,01-1 мас. % ініціатора полімеризації, від 40 до 85 мас. % води. Недоліками відомого органічно-неорганічного гібридного прозорого гідрогелю для вогнезахисного склопакета, є необхідність дегазації при зниженому тиску та здійснення процесу полімеризації при температурі 35-90 С, що потребує тривалого часу і спеціального обладнання. В основу корисної моделі поставлена задача створення фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла, позбавленого вказаних недоліків, який забезпечує межі вогнестійкості EI 15, EI 30, EI 45, EI 60, має високий коефіцієнт світлопропускання, стійкий до ультрафіолетового випромінювання та низьких температур. Поставлена задача створення фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла, що містить акриловий мономер, водорозчинну сіль, ініціатор полімеризації, зшиваючий агент, каталізатор та воду, вирішується за рахунок того, що до складу додатково включені наповнювач, теплоносій та стабілізатор при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: акриловий мономер 8-10 водорозчинна сіль 25-35 ініціатор полімеризації 0,001-1 зшиваючий агент 0,1-0,2 каталізатор 0,05-0,1 наповнювач 0,05-0,1 теплоносій 4-6 стабілізатор 0,003-1 вода решта. Поставлена задача створення фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла, вирішується також за рахунок того, що як акриловий мономер використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять акриламідо-2метилпропансульфокислота, метакриламід, акриламід, N, N-диметилакриламід, Nметилакриламід, N, N-діетилакриламід, N-метилметакриламід, N, N-бутилметакриламід, акрилонітрил, N-етилакриламід, N-етилметакриламід, N, N-диметиламіноетилметакрилат; як водорозчинну сіль використовують щонайменше одну, вибрану з групи, до якої входять хлорид калію, хлорид натрію, хлорид барію, хлорид кальцію, хлорид магнію; як ініціатор полімеризації використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять персульфат амонію, персульфат натрію, персульфат калію, пероксид водню, пероксид бензоїлу, 2-гідрокси-2-метил1-феніл-1-пропанон (darocur 1173), альфа-кетоглутарова кислота; як зшиваючий агент використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять формалін, N, N'метиленбісакриламід, хромокалієвий галун, уротропін, хромонатрієвий галун, біхромат натріютіосечовина, біхромат натрію-лінгосульфонат, ацетат хрому, 3метакрилоксипропілотриметоксисилан; як каталізатор використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять тетраметилетилендіамін, 3-диметиламінопропіоннітрил, етилендіамінтетраоцтової кислоти динатрієва сіль; як наповнювач використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять акрилова кислота, фумарова кислота, малеїнова кислота, лимонна кислота; як теплоносій використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять етиленгліколь, пропіленгліколь, гліцерин, поліетиленгліколь, триметилопропан, діетиленгліколь, дипропіленгліколь, поліпропіленгліколь; як стабілізатор використовують хлорид амонію та/або мідь двохлорну 2-водну. Акриловий мономер в складі фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла виступає в ролі низькомолекулярної речовини, що утворює полімер в реакції полімеризації, а також надає міцності гідрогелю. Водорозчинна сіль служить основою для полімерної композиції та надає високої вогнестійкості полімеру. В процесі полімеризації зшиваючий агент вбудовується більш ніж в один полімеризаційний ланцюг, з'єднуючи його в одну макромолекулу, що надає жорсткості, міцності, пружності полімеру, забезпечує обмежене набухання, знижує розчинність полімеру. Введення наповнювача до складу гідрогелю підвищує його міцність, покращує технологічні та експлуатаційні властивості, а також знижує вартість виробу на його основі. Каталізатор сприяє росту макромолекули, а також збуджує процес полімеризації. Теплоносій виступає в ролі агенту, що попереджує замерзання полімеру. У результаті розпаду ініціатора утворюються вільні радикали, які вступають в реакцію з молекулами акрилового мономеру, утворюючи при цьому більш складні радикали, які потім 2 UA 99394 U 5 10 15 20 25 30 35 полімеризуються по ланцюговому механізму, а також ініціатор прискорює процес полімеризації – утворення міцного гідрогелю. Для зниження швидкості хімічних процесів, які приводять до старіння, для збереження фізичних та/або хімічних властивостей у процесі використання та екстпуатації гідрогелю до його складу включено стабілізатор. Для отримання фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла згідно з корисною моделлю у скляний реактор закачують водорозчинну сіль, яку підігрівають до кімнатної температури (18-25 С), додають акриловий мономер, зшиваючий агент з наповнювачем та стабілізатором, перемішують до повного поєднання компонентів, додають теплоносій, перемішують, додають каталізатор та ініціатор полімеризації. Після повного змішування всіх компонентів композицію фільтрують і зливають до проміжної ємності. Весь цикл приготування композиції становить 3,5-4 години. Застосування запропонованого фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла дає можливість значно скоротити час виготовлення вогнестійкого скла, не потребує спеціального обладнання. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла використовують таким чином. Підготовлені листи скла обробляють адгезивом, який витримують на поверхні скла 15-20 хвилин, після чого скло протирають, видаляючи надмірну кількість нанесеного адгезиву. Рамку з алюмінієвого профілю, переріз якої відповідає товщині шару гідрогелю, розміщують по краях листа скла з обробленої сторони. На рамку зверху розміщують другий лист скла, обробленою стороною всередину. Герметизують бутиловою стрічкою (шнуром). Підготовлену заготовку розміщують на заливочному столі під кутом 10-15. Через заливочний отвір заготовку заповнюють гідрогелем, контролюючи рівномірність заливки. Після закінчення заливки заливочний отвір герметизують бутиловим шнуром або стрічкою. Бульбашки повітря, у випадку їх появи, переміщують в одне місце, міняючи кут нахилу заготовки і видаляють за допомогою медичного шприца з голкою, пробиваючи бутилове ущільнення між склом і рамкою. Отвір від голки герметизують бутиловою стрічкою (шнуром). Заготовку піддають дії ультрафіолетового опромінення для полімеризації гідрогелю протягом 50-90 хвилин при температурі навколишнього середовища. Перевіряють готове вогнестійке скло на відповідність геометричним розмірам, на відсутність бульбашок повітря, інших включень тощо. Вогнестійке скло з шаром фотозатверджувального прозорого гідрогелю пройшло апробацію у випробувальних лабораторіях "Тест", "Пожтест" (Україна) та в сертифікаційному центрі "Альфа "Пожарная безопасность" (Росія). Приклади різних складів запропонованого фотозатверджувального прозорого гідрогелю наведено нижче. Приклад 1 Назва компоненту Метакриламід Хлорид калію Персульфат амонію Формалін Тетраметилетилендіамін Фумарова кислота Етиленгліколь Мідь двохлорна 2-водна Вода 40 Вміст компонентів, мас., % 8% 25 % 0,9 % 0,1 % 0,09 % 0,06 % 5% 0,85 % 60 % Приклад 2 Назва компоненту Акрилонітрил Хлорид натрію Пероксид бензоїлу N, N’-метиленбісакриламід Вміст компонентів, мас., % 10 % 35 % 1% 0,2 % 3 UA 99394 U Етилендіамінтетраоцтової кислоти динатрієва сіль Акрилова кислота Гліцерин Хлорид амонію Вода 5 10 0,1 % 0,1 % 6% 0,6 % 47 % Перевагами запропонованого фотозатверджувального прозорого гідрогелю за прикладом 1 є пружність гідрогелю, а також підвищена його міцність, що значною мірою впливає на когезійні властивості гідрогелю. Фотозатверджувальний прозорий гідро гель, приготований за прикладом 2, забезпечує пружність, жорсткість полімеру, надає міцності гідрогелю, характеризується високою вогнестійкістю, що відповідно забезпечує межі вогнестійкості EI 15, EI 30, EI 45, EI 60. Вогнестійке скло з шаром даного гідрогелю стійке до дії ультрафіолетового випромінювання, не містить оптичних дефектів, має високий коефіцієнт світлопропускання. У Таблиці 1 наведено характеристики зразків вогнестійкого скла, виготовленого із двох листів флоат-скла товщиною 4 мм з шаром запропонованого фотозатверджувального прозорого гідрогелю, що забезпечують відповідну межу вогнестійкості. Таблиця 1 Зразок 1 Зразок 2 Зразок 3 Зразок 4 15 Товщина шару гідрогелю, мм 5 9 14 18 Товщина скла, мм 13 17 22 26 2 Вага 1 м , кг 26,36 33,28 38,59 43,91 Межа вогнестійкості EI-15 EI-30 EI-45 EI-60 Світлопропускання, % 85 83 82 81 У Таблиці 2 наведено порівняльні характеристики вогнестійкого скла, яке забезпечує межу вогнестійкості EI 60, різних виробників та скла, виготовленого з прошарком фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла, запропонованого даною корисною моделлю. Таблиця 2 Виробник EUROGLAS (FIRESWISS) (Швейцарія) CGI–PARAFLAM (Велика Британія) AGC (Бельгія) PILKINGTON (Велика Британія) INTERVER (Франція) SCHOTT (Німеччина) ООО "ПТИИЦ СТ" (Росія) Зразок скла з прошарком гідрогелю, запропонованим корисною моделлю (Приклад 2) Товщина, Вага, Захист від УФ- Морозостійкість, Світлопропускання, 2 мм кг/м випромінювання % С 23 55 потрібно -20 82 32 52 не потрібно -20 85 26,6 60 потрібно -40 80 23 50 потрібно -40 86 52 не потрібно 57,7 потрібно 61,5 потрібно -15 -20 -40 83 81 81 не потрібно -40 85 24 23 25 25 41 20 25 Суть методу випробування вогнестійкості полягає у тому, що зразок конструкції нагрівають у спеціальній печі, при цьому визначають тривалість часу від початку випробування до одного з граничних станів: втрата цілісності в результаті утворення в конструкції наскрізних тріщин або отворів, через які на поверхню, що не піддається нагріву, проникають продукти горіння або полум'я; втрата теплоізолюючої здатності внаслідок підвищення температури на поверхні конструкції. 4 UA 99394 U 5 10 15 20 25 В умовах стандартної пожежі фотозатверджувальний прозорий гідрогель спінюється, втрачає прозорість і забезпечує межі вогнестійкості EI 15, EI 30, EI 45, EI 60. Запропонований фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла має чудові оптичні властивості і високі експлуатаційні характеристики: підвищений коефіцієнт світлопропускання (до 0,85), незмінність характеристик під впливом УФ-випромінювання, вага скла в середньому на 30 % нижча, ніж в існуючих аналогів, мінімальна кількість оптичних дефектів і спотворень, тепло- і звукоізоляція, безпека і довговічність, температурний діапазон експлуатації від -40 C до +80 C. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла може використовуватися у внутрішніх і зовнішніх конструкціях без додаткового ультрафіолетового фільтра, в тому числі і у складі склопакета, в поєднанні з декоративними конструкціями зі скла: тонованими, матованим, з художнім оформленням і т.п. Технологія приготування і застосування фотозатверджувального прозорого гідрогелю для вогнестійкого скла проста і не вимагає дорогого устаткування. Джерела інформації: 1. Пат. RU 15725 U1, C03B 23/24, C03C 27/12; СТЕКЛО ОГНЕСТОЙКОЕ МНОГОСЛОЙНОЕ / А.В. Евланов, А.Е. Демидов, В.В. Аникейчик; заявитель и патентообладатель ООО "Штивер" (RU). - № 2000118141/20, заявл. 11.07.2000; опубл. 10.11.2000. 2. WO03061963 (A1), В32В 17/10; Fireproof glazing and fireproof window, in addition to method for producing a fireproof composition and fireproof glazing / Rodenberg Volker (DE); Flamro Brandschutz Systeme GMB (DE); Rodenberg Volker (DE). - WO2002EP14400 заявл. 17.12.2002; опубл. 31.07.2003. 3. EP 2330174 (B1), B32B 17/06; B32B 17/10; C09K 21/14; Organic-inorganic hybrid transparent hydrogel complex for fire retardant glass, fire retardant glass assembly using the same, and manufacturing method thereof / Oh Jae-Hwan (KR); Choi Myungjin (KR); патентовласник Samgong Co LTD (KR). - № EP 20100174251 заявл. 27.08.2010; опубл. 23.07.2014. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 1. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла, що містить акриловий мономер, водорозчинну сіль, ініціатор полімеризації, зшиваючий агент, каталізатор та воду, який відрізняється тим, що додатково містить наповнювач, теплоносій та стабілізатор при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: акриловий мономер 8-10 водорозчинна сіль 25-35 ініціатор полімеризації 0,001-1 зшиваючий агент 0,1-0,2 каталізатор 0,05-0,1 наповнювач 0,05-0,1 теплоносій 4-6 стабілізатор 0,003-1 вода решта. 2. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як акриловий мономер використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять акриламідо-2-метилпропансульфокислота, метакриламід, акриламід, N,N-диметилакриламід, N-метилакриламід, N,N-діетилакриламід, N-метилметакриламід, N,Nбутилметакриламід, акрилонітрил, N-етилакриламід, N-етилметакриламід, N,Nдиметиламіноетилметакрилат. 3. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як водорозчинну сіль використовують щонайменше одну, вибрану з групи, до якої входять хлорид калію, хлорид натрію, хлорид барію, хлорид кальцію, хлорид магнію. 4. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як ініціатор полімеризації використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять персульфат амонію, персульфат натрію, персульфат калію, пероксид водню, пероксид бензоїлу, 2-гідрокси-2-метил-1-феніл-1-пропанон (darocur 1173), альфакетоглутарова кислота. 5. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як зшиваючий агент використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять формалін, N,N'-метиленбісакриламід, хромокалієвий галун, уротропін, 5 UA 99394 U 5 10 15 хромонатрієвий галун, біхромат натрію-тіосечовина, біхромат натрію-лінгосульфонат, ацетат хрому, 3-метакрилоксипропілотриметоксисилан. 6. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як каталізатор використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять тетраметилетилендіамін, 3-диметиламінопропіоннітрил, етилендіамінтетраоцтової кислоти динатрієва сіль. 7. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як наповнювач використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять акрилова кислота, фумарова кислота, малеїнова кислота, лимонна кислота. 8. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як теплоносій використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять етиленгліколь, пропіленгліколь, гліцерин, поліетиленгліколь, триметилопропан, діетиленгліколь, дипропіленгліколь, поліпропіленгліколь. 9. Фотозатверджувальний прозорий гідрогель для вогнестійкого скла за п. 1, який відрізняється тим, що як стабілізатор використовують щонайменше один, вибраний з групи, до якої входять хлорид амонію, мідь двохлорна 2-водна. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6