Способ получения абляционного прозрачного гидрогеля для изготовления огнестойкого стекла Российский патент 2020 года по МПК C03C27/12 C09K21/00 B32B17/10 

Изобретение относится к области огнестойких (пожаростойких) стекол, в частности, к технологии получения многослойного огнестойкого стекла с применением прозрачного гидрогеля на основе мономера [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорид и водной фазы, содержащей растворенную соль NaCl, и может быть использовано в качестве светопрозрачного заполнения огнестойких стекл противопожарных конструкций для лаколизации очага возгорания в пределах пожарного отсека горящего строения.

Известен способ получения огнестойких стеклянных панелей абляционного типа из патента DE 2713849 C2. Их метод функционирования в случае пожара заключается в том, что возникающее тепло пожара первоначально поглощается водой в слое гидрогеля и расходуется на испарение воды, а после испарения воды и после формирования органической фазы из соли образуется твердая, пенистая структура. Эта пенистая твердая структура сохраняется даже при сильном тепловом воздействии и образует изолирующий тепловой экран, который продолжает препятствовать прохождению теплового излучения. На основе этой конструкцией может быть изготовлено огнестойкое остекление, которое удовлетворяет требованиям пределу огнестойкости огнеупорных конструкций EI. Полимер упомянутых выше огнестойких стеклянных панелей, образующий твердую фазу гидрогеля, содержит полиакриламид, который образуется в водном растворе путем полимеризации метакриламида и акриламида. Полимеризация происходит после добавления пероксидов или персолей, с добавлением ускоряющего агента и, опционально, сшивающего агента. Хорошо известно, что акриламид является сильно токсичным соединением (полулетальная доза вещества LD₅₀ составляет 177 мг/кг), и поэтому его использование для производства огнестойких стеклянных панелей не является полностью безвредным.

Более поздние патенты, например DE 3530968 C2, предлагают использовать полимер на основе сополимеризации акриламида и не менее токсичного метилолакриламида, что не решает проблемы токсичного сырья.

С целью понижения токсичности в патенте DE 4001677 C1 предлагается использовать вместо акриламида химическое вещество 2-гидрокси-3-метакрилоксипропил триметиламмониум хлорид. Данное химическое вещество мало применяется в химических процессах, слабо изучено, и как заявляли авторы патента, на момент публикации им ничего не было известно о его токсичных свойствах. В современных химических справочниках для этого вещества указано значение полулетальной дозы токсичности LD₅₀ равное 18 мг/кг для мышей, поэтому данное вещество нельзя считать безопасным.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение и повышение безопасности технологического процесса за счет исключения из него токсичных веществ при получении огнестойкой системы, которая полимеризуется в водном растворе, представляет собой гелеобразующую систему, полностью растворяется в солесодержащем растворе, полимеризуется в солесодержащем растворе и будет образовывать бесцветный, немутнеющий гидрогель.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение и повышение безопасности технологического процесса изготовления огнестойкого стекла за счет исключения из него токсичных веществ при получении огнестойкого абляционного гидрогеля, полимеризующегося в водно-солевом растворе, представляющего собой процесс формирования гелеобразующей системы из компонентов полностью растворяющихся в солесодержащем растворе, полимеризирующимся в солесодержащем растворе и образующем бесцветный, немутнеющий гидрогель.

Поставленная техническая задача получения огнестойкого стекла, содержащего два листа стекла закаленного стекла с внешними периферийными кромками, расположенных параллельно друг другу на фиксированном расстоянии для образования промежуточного объема между ними, решается путем создания композиции гидрогеля, содержащего твердую фазу полимера, образованного в результате полимеризации мономера [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорида, и водную фазу, состоящую из раствора водорастворимой соли в воде.

Мономер [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорид, используемый в соответствии с данным изобретением, достаточно изучен, и для него нет данных о токсичности и вредном воздействии на здоровье человека. Поскольку это соединение образует стабильный, прозрачный, не имеющий цвета гидрогель таким же образом, как производные акриловой кислоты, известные до сих пор и используемые для этой цели, оно в высшей степени подходит для цели настоящего изобретения. По сравнению с производными акриловой кислоты, известными для этой цели, он, кроме того, обладает преимуществом повышенной адгезионной способности к стеклянной поверхности, что позволяет обойтись без специальных средств для улучшения адгезии гидрогеля с листами стекла.

Как и в известных огнестойких стеклах с гидрогелем, целесообразно, чтобы гидрогель, используемый в соответствии с данным изобретением, был поперечно сшит во всех направлениях путем добавления сшивающего агента. В настоящем изобретении может быть использован любой нетоксичный сшивающий агент, который позволяет образовывать стабильный бесцветный неокрашенный гидрогель. Обычно такие сшивающие агенты используются в количестве от 0,2% до 2% в расчете на вес мономера [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмоний-хлорида, предпочтительно в количестве от 0,2% до 1,2% от массы мономера. В качестве сшивающего агента, в частности, может быть использован N-N'-метиленбисакриламид (C₇H₁₀N₂O₂).

В настоящем изобретении может быть использована любая водорастворимая соль, которая будет оставаться растворенной в водной фазе при обычно ожидаемых условиях использования огнестойкого стекла. Могут использоваться соли алюминия, кремния, олова, свинца, бора, фосфора и галогениды, особенно соли щелочных металлов и аммония. Галогениды и особенно хлорид натрия (NaCl) являются особенно предпочтительными.

Каталитические системы, используемые в известных абляционных огнестойких стеклах, состоящие из окислителя и ускорительного компонента, могут без труда применяться и для полимеризации соединения, используемого в соответствии с данным изобретением. Типичные окислители включают пероксиды, такие как персульфат натрия (Na₂S₂O₈) и персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈).

Типичные каталитические ускорители включают диэтиламинопропионитрил (DEAPN) и триэтаноламин в гликоле (TEAG). Однако может быть использована любая комбинация окислителя и ускорителя, которая позволяет получать стабильный, прозрачный, не имеющий цвета гидрогель путем полимеризации при температуре окружающей среды в течение времени не превышающее 10 часов, но предпочтительно примерно от одного часа. Обычно каталитическая система используется в количестве от 0,03% до 0,4% в расчете на массу водного полимеризуемого раствора, предпочтительно от 0,06% до 0,25% на массу водного полимеризуемого раствора.

Пропорциональное количество полимера в геле может варьироваться в относительно широком диапазоне и составляет от 5%. до 50% от массы гидрогеля, предпочтительно от 10% до 40% от массы гидрогеля, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к огнестойким стеклам и консистенции гидрогеля.

То же самое относится и к другим важным компонентам состава. Пропорциональное количество воды в геле может составлять от 30% до 80% от массы гидрогеля, предпочтительно от 40% до 65% от массы гидрогеля, доля соли - от 1% до 25% от массы гидрогеля, предпочтительно от 10% до 18% от массы гидрогеля.

При существовании риска охлаждения раствора ниже температуры замерзания солесодержащего гидрогеля в качестве функциональной добавки может быть использовано незначительное количество антифриза, такого как этиленгликоль, пропиленгликоль или глицерин, что в свою очередь понижает температуру замерзания раствора.

Именно применение при изготовлении мономера [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорида и сочетания в указанных выше концентрациях предлагаемых реагентов является основополагающим в решении поставленной технической задачи.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

400 г дистиллированной воды,

120 г NaCl,

280 г [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмоний-хлорида и

0,5 г N-N'-метиленбисакриламида

смешивают вместе в подготовленной чистой емкости. Значение водородного показателя раствора рН доводят до 8,0. Далее в качестве каталитической системы добавляют 0,6 г триэтаноламина в гликоле (TEAG) и 0,4 г персульфата натрия (Na₂S₂O₈), полученный раствор хорошо перемешивают и дегазируют путем приложения вакуумной откачки. Готовый раствор заливают в полость подготовленной стеклянной панели. Раствор полностью полимеризуется с образованием гидрогеля при температуре окружающей среды через 60 минут.

Пример 2

750 г дистиллированной воды,

150 г NaCl,

160 г [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмоний-хлорида и

1 г N-N'-метиленбисакриламида

смешивают вместе в подготовленной чистой емкости. Значение водородного показателя раствора рН доводят до 9,0. Далее в качестве каталитической системы добавляют 0,6 г триэтаноламина в гликоле (TEAG) и 0,4 г персульфата натрия (Na₂S₂O₈), полученный раствор хорошо перемешивают и дегазируют путем приложения вакуумной откачки. Готовый раствор заливают в полость подготовленной стеклянной панели. Раствор полностью полимеризуется с образованием гидрогеля при температуре окружающей среды через 50 минут.

Пример 3

750 г дистиллированной воды,

150 г NaCl,

120 г [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмоний-хлорида,

0,5 г N-N'-метиленбисакриламида и

20 г глицерина

смешивают вместе в подготовленной чистой емкости. Значение водородного показателя раствора рН доводят до 9,0. Далее в качестве каталитической системы добавляют 12 г 5%-ного раствора персульфата аммония и 2 г диэтиламинопропионитрила (DEAPN), полученный раствор хорошо перемешивают и дегазируют путем приложения вакуумной откачки. Готовый раствор заливают в полость подготовленной стеклянной панели. Раствор полностью полимеризуется с образованием гидрогеля при температуре окружающей среды через 40 минут.

Данный вариант применяется, если существует риск охлаждения раствора ниже температуры замерзания солесодержащего гидрогеля, и присутствует необходимость снижения температуры замерзания раствора.

Очевидно, что в свете вышеизложенного возможны многочисленные модификации и варианты настоящего изобретения. Следовательно, следует понимать, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем конкретно описано в примерах.

Изобретение относится к области огнестойких (пожаростойких) стекол, в частности, к технологии получения многослойного огнестойкого стекла. Способ получения абляционного прозрачного гидрогеля для изготовления огнестойкого стекла, в котором в качестве компонентов для его производства используют мономер [3-Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорида (от 10% до 40% от массы гидрогеля) и водную фазу, состоящую из раствора водорастворимой соли NaCl (от 10% до 18% от массы гидрогеля) и воды (от 40% до 65% от массы гидрогеля). В качестве сшивающего агента применяют N-N'-метиленбисакриламид в количестве от 0,2% до 1,2% от массы мономера в растворе. В качестве окислителя в каталитической системе используются персульфат натрия (Na₂S₂O₈) или персульфат аммония, а в качестве ускорителей - диэтиламинопропионитрил или триэтаноламин в гликоле. Каталитическая система используется в количестве от 0,06% до 0,25% от массы водного полимеризуемого раствора. Технический результат - обеспечение упрощения и повышения безопасности технологического процесса за счет исключения из него токсичных веществ при получении абляционного прозрачного гидрогеля для изготовления огнестойкого стекла.

Способ получения абляционного прозрачного гидрогеля для изготовления огнестойкого стекла, отличающийся тем, что в качестве компонентов для его производства используют мономер [3-(Метакрилоамино) пропил] триметиламмониум хлорида (от 10% до 40% от массы гидрогеля) и водную фазу, состоящую из раствора водорастворимой соли NaCl (от 10% до 18% от массы гидрогеля) и воды (от 40% до 65% от массы гидрогеля); в качестве сшивающего агента применяют N-N'-метиленбисакриламид в количестве от 0,2% до 1,2% от массы мономера в растворе; в качестве окислителя в каталитической системе используются персульфат натрия (Na₂S₂O₈) или персульфат аммония, а в качестве ускорителей - диэтиламинопропионитрил или триэтаноламин в гликоле; каталитическая система используется в количестве от 0,06% до 0,25% от массы водного полимеризуемого раствора.