Analiza wpływu wybranych dodatków ogniochronnych na właściwości palne materiałów epoksydowych [rozprawa doktorska] - Szkoła Główna Służby Pożarniczej (1982-2023).; Półka, Marzena (1969- ).; Kukfisz, Bożena; Staszko, Sebastian (Warszawa Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 2022)
Zaprezentowana rozprawa doktorska to praca dotycząca modyfikacji oraz kompleksowej analizy właściwości palnych, pożarowych i mechanicznych materiałów epoksydowych. Żywice epoksydowe mają doskonałe właściwości dielektryczne i adhezyjne. Charakteryzują się również wysoką wytrzymałością mechaniczną. Niestety ze względu na łatwopalność stwarzają duże zagrożenie pożarowe. Dotyczy to przede wszystkim wytwarzania znacznych ilości ciepła i dymu podczas spalania. Ze względu na te ograniczenia muszą one spełniać szereg wymagań związanych z ognioodpornością. Dotyczy to zastosowań w roli polimerów konstrukcyjnych, a także materiałów bazowych wylewanych posadzek, klejów oraz wyrobów codziennego użytku m.in. w gospodarstwach domowych. Dzięki wykorzystaniu środków opóźniających palność (antypirenów) można uzyskać modyfikacje żywic epoksydowych charakteryzujące się mniejszą ilością wytwarzanego dymu lub toksycznych produktów gazowych. W związku z powyższym w ramach rozprawy doktorskiej postanowiono rozwiązać problem łatwopalności żywicy epoksydowej poprzez uzyskanie skutecznej serii modyfikacji ogniochronnej tego materiału. Kolejnym krokiem była kompleksowa analiza palności oraz wyjaśnienie mechanizmu działania użytych środków ogniochronnych. Do badań wykorzystano dostępną handlowo żywicę epoksydową – Epidian 5. Rolę modyfikatorów pełniły niehalogenowe związki fosforoorganiczne – Roflam B7 i Roflam F5 oraz wodorotlenek glinu (III) i wodorotlenek magnezu (II). W części literaturowej przedstawiono przykładowe sposoby modyfikacji ogniochronnej polimerów, a także wykorzystanie antypirenów takich jak bezhalogenowe i halogenowe związki organiczne, nanonapełniacze oraz związki chemiczne posiadające w swoim składzie atomy azotu, fosforu i krzemu. W części eksperymentalnej przedstawiono metodę otrzymania modyfikacji ogniochronnej materiału epoksydowego. Scharakteryzowano metody analityczne wykorzystane w niezbędne do określenia właściwości palnych, pożarowych i mechanicznych uzyskanych próbek. Następnie otrzymano i poddano analizie modyfikowane próbki żywicy epoksydowej. W ramach badań określono m.in. szybkość wydzielania ciepła (HRR), czas do zapłonu, czas do osiągnięcia HRRmax, współczynnik ekstynkcji właściwej (SEA), ubytek masy próbki, emisję właściwą CO, CO2. Wyznaczono termostabilność modyfikowanych żywic epoksydowych techniką dynamiczną według normy PN-EN ISO 11358:2014. Obliczono energię aktywacji badanych materiałów polimerowych wraz z określeniem wpływu ich modyfikacji wybranymi antypirenami na kinetykę reakcji rozkładu termicznego. Wyznaczono wartości wskaźnika tlenowego w temperaturze pokojowej dla analizowanych próbek. Ustalono skład ilościowo-jakościowy głównych produktów spalania modyfikowanych ogniochronnie żywic epoksydowych metodą spektrofotometrii podczerwieni z transformacją Fouriera. Dokonano analizy dymotwórczości i toksycznych produktów rozkładu termicznego modyfikowanych i niemodyfikowanych ogniochronnie badanych materiałów epoksydowych. Określono wytrzymałość na rozciąganie badanych modyfikowanych żywic epoksydowych. Mechanizm oddziaływania użytych modyfikatorów na inhibicję procesu spalania modyfikowanych żywic epoksydowych wyznaczono poprzez zbadanie struktury popirolitycznej pozostałości metodą skaningowej spektroskopii elektronowej z przystawką EDS. Ponadto obliczono zasięg widzialności w dymie w objętości komory wykorzystanej do badania. Na koniec w ramach rozprawy doktorskiej porównano wpływ wykorzystanych w badaniach wypełniaczy fosforoorganicznych oraz wodorotlenku glinu (III) i wodorotlenku magnezu (II) na zmianę palności materiałów otrzymanych z modyfikacji żywicy epoksydowej powstałych na bazie Epidianu 5. Z przeprowadzonych analiz wyciągnięto wnioski końcowe. Utwardzone modyfikacje żywicy epoksydowej zmniejszyły szybkość wydzielania ciepła w stosunku do materiału niemodyfikowanego ogniochronnie. W przypadku wszystkich zmodyfikowanych próbek uzyskano wyższe wartości czasów do zapłonu fazy gazowej przy gęstości zewnętrznego strumienia ciepła 30 kW/m2. Jednoskładnikowe modyfikacje w analizowanych ekspozycjach cieplnych wydzielały mniej CO2 w procesie spalania i rozkładu próbki. W składzie jakościowym produktów wydzielanych podczas spalania analizowanych próbek dominowały tlenek węgla (IV) i tlenek węgla (II). Dodatkowo wydzielały się pochodne fenolowe np. 4,4’-izopropylidenodifenol bisfenolu A, 4-metylofenol, 4-propylofenol. Na podstawie analizy właściwości mechanicznych stwierdzono, że wszystkie modyfikacje żywicy epoksydowej charakteryzowały się wyższą wartością siły rozciągającej. Dzięki kompleksowej analizie utwardzonych modyfikacji żywicy epoksydowej potwierdzono inhibicyjne oddziaływanie zastosowanych antypirenów oraz ich mieszanin w procesie spalania badanych materiałów. Przeprowadzone badania i przedstawione kompleksowe wyniki analiz modyfikacji materiałów epoksydowych pozwalają na stwierdzenie, że założony cel w ramach rozprawy doktorskiej został osiągnięty [Streszczenie Autora].
Sygnatura RD-9
Bibliografia, wykaz norm i aktów prawnych na stronach 133-153.
Keywords: Rozprawa doktorska; materiały; Palność