книги / Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования

3.6. Химическая стойкость в средах метаболитов мицелиальных грибов

С целью определения интенсивности деградации жидкостекольных составов в средах метаболитов микроскопических организмов были проведены их испытания в водных растворах, состоящих из трех ком­ понентов: лимонной кислоты, перекиси водорода и воды [237]. При этом был осущ ествлен эксперимент с применением метода математи­ ческого планирования (план Коно, состоящий из девяти опытов). В качестве варьируемых факторов в экспериментальных исследованиях были приняты содержание перекиси водорода (X t) и лимонной кисло­ ты (Х2) в водном растворе. М атрица планирования эксперимента при­ ведена в табл. 3.5.

Образцы для испытаний изготавливались с применением натриевого жидкого стекла, а наполнителями служили кварцевый песок, перлит, диа­ томит и пиритные огарки. Образцы размером 1><1хЗ м были изготовлены с содержанием наполнителя в следующих количествах (в мае. ч.): кварцевый песок — 350; перлит — 100; диатомит — 40; пиритные огарки — 75; крем­ нефтористый натрий — 20; жидкое стекло — 100. Химическое сопротивле­ ние композитов оценивали по изменению массосодержания и прочности образцов после выдерживания их в агрессивных средах.

Для определения зависимости изменения массосодержания, а также прочности на растяжение при изгибе и прочности на сжатие композитов после выдерживания их в водных растворах лимонной кислоты и перекиси

61

водорода получены уравнения регрессии, выражающие зависимость коэф­ фициента стройности и изменения массосодержания от соотношения ком­ понентов химически активной среды.

Компьютерная обработка результатов эксперимента позволила постро­ ить графики зависимости изменения массосодержания, прочности на рас­ тяжение при изгибе и на сжатие композитов на основе жидкого стекла от влияния факторов варьирования (рис. 3.18-3.21).

Рис. 3.18. Зависимости изменения массосодержания (а) и коэффициента химической стойкости (б)

жидкостекольных композитов на наполнителе из кварцевого песка, выдержанных в водных растворах лимонной кислоты и перекиси водорода

Ряс. 3.19. Зависимости изменения массосодержания (а) н коэффициента химической стойкости (б)

жндкостекольных композитов на наполнителе из тонкомолотого перлита, выдержанных в водных растворах лимонной кислоты и перекиси водорода

62

б

Содержание перекиси водорода, X,

Рис. 3.20. Зависимости изменения массосодержания (а) и коэффициента химической стойкости (б)

жидкостекольных композитов на наполнителе из тонкомолотого диатомита, выдержанны х в водных растворах лимонной кислоты и перекиси водорода

Рис. 3.21. Зависимости изменения массосодержаиия (а)

икоэф фициента химической стойкости (б)

жидкостекольных композитов на наполнителе из ипритных огарков, выдержанны х в водных растворах лимонной кислоты и перекиси водорода

Анализируя результаты, можно сделать вывод о том, что водные рас­ творы лимонной кислоты и перекиси водорода оказывают разрушающее действие на все рассмотренные материалы. Прочность жидкостекольных композитов, наполненных перлитом, снижается на 12— 18%, пиритными огарками — на 16— 21, диатомитом — на 17—22, кварцевым песком — нг 20—25 % за 28 суток экспозиции. По показателю падения массосодержанш материалы расположены в такой последовательности: композиты, напол­ ненные кварцевым песком, теряют 10— 13 % массы, пиритными огарками — 10— 16, диатомитом — 12— 14, перлитом — 12— 16 %.

63

3.7. Стойкость композитов в стандартной среде мицелиальных грибов

В отечественной и зарубежной практике наиболее применяемым отвердителем жидкого стекла является кремнефтористый натрий. Особен­ ность кремнефтористого натрия заключается в том, что он не только взаи­ модействует со щелочью, понижая ее содержание, но и выделяет при раз­ ложении кремнекислоту, которая заметно уплотняет твердеющую систему, понижая пористость [119]. К тому же известно, что он обладает хорошим фунгицидным действием.

Из литературы известно [39, 109, 107], что при подкислении среды (уменьшении pH) развитие отдельных видов микроорганизмов прекращает­ ся. Учитывая это, можно предположить, что при выделении кремниевой кислоты среда становится более кислой и это может оказать влияние на рост и размножение микроорганизмов на материале.

Согласно литературным данным, оптимальная концентрация кремне­ фтористого натрия для получения плотных, водостойких и кислотостойких материалов составляет примерно 15 % от массы жидкого стекла [119,233].

С целью проверки теоретических предположений о возможности по­ вышения биостойкости жидкостекольных композитов за счет регулирова­ ния количественного содержания кремнефтористого натрия были проведе­ ны исследования составов, в которых содержание кремнефтористого натрия варьировалось в пределах от 15 до 20 мае. ч.-на 100 мае. ч. жидкого стекла. Наполнителем служил кварцевый песок с удельной поверхностью 600 см2/г. Образцы изготавливались в виде балочек размером 1x1x3 см. Технология их изготовления была использована следующая. Сначала перемешивалось жидкое стекло с отвердителем, затем в смесь добавляли наполнитель. Ко­

64

Анализ результатов испытаний показывает, что при увеличении со­ держания в составах композитов кремнефтористого натрия более 19 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего жидкостекольные материалы становятся фунги­ цидными.

При проведении данного эксперимента выявлены также изменения фи­ зико-механических показателей. Результаты испытаний (рис. 3.22—3.23) показали, что при действии микроорганизмов у всех составов наблюдается уменьшение массосодержания и снижение прочности. При этом наимень­ шие потери прочности и массы имеют композиты с содержанием отвердителя более 18 мае. ч.

Рис. 3.22 Изменение массосодержания композитов на основе жидкого стекла составов № 17— 22 после выдерживания

в средах микроскопических грибов

| | — прочность нарастяжение при трехточечпаи изгибе

— прочность при одноосной сжатии

Рис. 3.23 Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов на основе жидкого стекла составов № 17—22 после выдерживания в средах микроскопических грибов

65

С целью определения биостойкости жидкостекольных композитов с наполнителями различной природы были проведены исследования соста­ вов, в которых в качестве неорганических наполнителей рассматривались кварцевый лесок с удельной поверхностью 200 и 600 см2/г, диатомит, до­ ломит, пиригные огарки, мел, опока и гипс. Отвердителем служил крем­ нефтористый натрий, содержание которого принималось 15 и 20 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего.

Количество наполнителя определялось из условия получения равнопо­ движных композиций. Образцы изготавливались в виде балочек размером 1x1x3 см. При получении составов сначала перемешивалось жидкое стекло с отвердителем, затем в полученную смесь добавляли наполнитель. Резуль­ таты испытаний образцов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Бностойкость композитов в зависимости от вида наполнителя и содержания отверднтеля (на 100 мае. ч. жидкого стекла)

66

Анализируя данные табл. 3.7, можно сделать вывод, что биостойкость составов изменяется в зависимости как от природы наполнителя, так и от количества отвердителя. При увеличении содержания в составах компози­ тов кремнефтористого натрия с 15 до 20 мае. ч. жидкостекольные материа­ лы становятся фунгицидными. Наряду с указанными составами фунгицид­ ные свойства имеют также композиции, наполненные пиритными огарками, при более низком содержании отвердителя.

При проведении данного эксперимента выявлены также изменения фи­ зико-механических показателей. Результаты испытаний (рис. 3.24—3.27) показали, что при действии микроорганизмов у всех составов наблюдаются изменение массосодержания и снижение прочности.

II 60

11 40

11 20

О к

0

Состав: № I № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7 № 8 № 9№10 №23№24 №25

Рис. 3.24. Изменение массосодержания композитов на основе жидкого стекла составов № 1—10,23—25 после выдерживания

в средах микроскопических грибов

£100

| | — прочность нарастяжение при трехточечном изгибе

—прочность при одноосном сжатии

Рис. 3.25. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов

на основе жидкого стекла составов № 1— 5 после выдерживания в средах микроскопических грибов

j j — прочность нарастяжение при трехточечном изгибе

| Ц | — прочность при одноосном сжатии

Ряс. 3.26. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов на основе жидкого стекла составов № б—10 после выдерживания в средах микроскопических грибов

I| — прочность нарастяжение при трехточечном изгибе

^— прочность при одноосном сжатии

Рис. 3.27. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов на основе жидкого стекла составов № 23—25 после выдерживания в средах микроскопических грибов

Из графиков видно, что наименьшие потери прочности и массы имеют композиты, наполненные кварцевым песком крупностью 0,14— 0,315 мм при содержании отвердителя в них 20 мае. ч. (состав № 7). Наибольшие потери прочности и массы характерны для составов на гипсовом наполни­ теле — образцы потеряли форму, рассыпались (состав № 25).

68

Наряду с неорганическими материалами, в качестве наполнителей в композиционных материалах применяются также органические — древес­ ные наполнители. Из литературы следует, что древесина подвергается наи­ большим биологическим разрушениям. Обычно ее биодеградация начина­ ется с гидролиза целлюлозы [87, 227, 246]. Этот процесс происходит в ос­ новном под действием последовательно воздействующих трех типов фер­ ментов. Сначала эндоглюконазы превращают неактивную целлюлозу в ре­ активную, далее целлобиогидролазы гидролизуют глюкозидные связи с образованием целлобиозы, которые затем расщепляются р-глюкозидазой до глюкозы. Более высокой биологической стойкостью обладает лигнин, кото­ рый задерживает деградацию клеточной стенки. Однако при длительном воздействии микроорганизмов ферменты разрывают Р-орилэфирные связи между мономерами лигнина и могут вызвать деформации ароматических колец. Начало поражения древесины микроорганизмами устанавливается по изменению количества белка в ней, что может служить достоверным количественным показателем присутствия микрофлоры.

С целью исследования биологического сопротивления древеснонаполненных жидкостекольных композитов нами были изготовлены образцы с различными наполнителями: ольховыми, еловыми, дубовыми и березовыми опилками. Из литературы известно, что кремнефтористый натрий, служа­ щий в качестве отвердитсля жидкого стекла, является также хорошей фун­ гицидной добавкой для древесины [193]. В нашем случае кремнефтористый натрий выполняет обе эти функции. Образцы выполнялись в виде балочек размером 1 * 1 *3 см. При изготовлении образцов сначала перемешивалось жидкое стекло с отвердителем, затем в полученную смесь добавляли опил­ ки. Результаты испытаний приведены в табл. 3.8.

Как видно из результатов, все составы на древесных наполнителях при содержании отвердителя 20 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего являются фун­ гицидными.

Изменение физико-механических показателей после выдерживания древеснонаполненных композитов в средах микроскопических грибов по­ казано на рис. 3.28— 3.29. Наибольшим снижением массосодержания харак-

69

теризуются составы на еловых опилках (№ 27), а наименьшим — на ольхо­ вых (№ 26). Прочность составов после испытаний также уменьшается, при­ чем наименьшие потери прочности имеют составы на еловых опилках (№ 27), набольшие — на дубовых (№ 28).

Рнс. 3.28. Изменение массосодержания композитов

на основе жидкого стекла составов JH* 26—29 после выдерживания в средах микроскопических грибов

Г1 — прочность нарастяжение при трехточечном изгибе

—прочность при одноосном сжатии

Ряс. 329. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов на основе жидкого стекла составов № 26—29 после выдерживания

всредах микроскопических грибов

Вдругом эксперименте нами исследовалось влияние количественного содержания наполнителя на биологическую стойкость жидкостекольных композитов. Наполнителем в составах служил кварцевый песок крупностью 0,14— 0,315 мм. Как и в предыдущих экспериментах, образцы готовились в виде балочек размером 1x1x3 см по технологии, описанной выше. Резуль­ таты испытаний образцов приведены в табл. 3.9.

70