Сб. тезисов Наукоемкие технологии 20 марта 2014

веществ, газов), что позволяет моделировать температурный режим, соответствующий горению нефти, нефтепродуктов или природного газа [2].

Рисунок 1 – Динамика среднеобъемной температуры в огневой камере при стандартном пожаре (сплошная линия) и углеводородном пожаре (пунктирная линия)

По сравнению со стандартным целлюлозным пожаром (ГОСТ 30247.0-94) при углеводородном пожаре температура в огневой камере через 5 мин достигает 1000 °С (рис.1).

Можно отметить, что в случае углеводородного пожара происходит стремительный рост температуры, который также сопровождается тепловым ударом пламени по верхним ограждающим конструкциям. Такой режим пожара не соответствует стандартному режиму горения (ГОСТ 30247.0-94), в котором и происходят испытания огнезащитных составов.

В связи с этим разработку противопожарной защиты необходимо проводить с учетом конкретного огневого воздействия.

Горение нефтепродуктов сопровождается рядом особенностей, в том числе возникновением таких явлений, как вскипание и выброс. Под вскипанием понимается переход в пар большого количества мелких капель воды, находящейся в нефтепродукте, и связанное с этим образование на поверхности жидкости пены, которая может переливаться через борт резервуара, распространяя горение на соседние объекты. Вскипание горючей жидкости происходит из-за наличия в ней взвешенной воды, которая при прогреве горящей жидкости выше 100 °С испаряется, вызывая вспенивание нефти или нефтепродукта. Вскипание также может произойти в начальный период пенной атаки при подаче пены на поверхность горючей жидкости с температурой кипения выше 100 °С. Такой процесс характеризуется бурным горением вспенившейся массы продукта. Выброс – это мгновенный переход в пар воды, находящейся на дне резервуара, образование повышенного давления и выбрасывание горящей жидкости из резервуара. К выбросу способны, главным образом, темные нефтепродукты – нефть, содержащая 3,8% влаги, и мазут, содержащий до 0,6% влаги. Необ-

51

ходимыми условиями для выброса являются наличие на дне резервуара водяной подушки и прогрев всей массы нефтепродукта до его раздела с водой до температуры 100 °С. При выбросах нефтепродукты могут покрывать площадь в несколько гектар.

Снизить последствия такого опасного явления, как вскипание и выброс нефтепродукта из горящего резервуара, позволит, к примеру, использование резервуаров с двойной защитной стенкой типа «стакан в стакане» (рис.2). Выброшенный таким образом нефтепродукт попадет большей частью в кольцевой зазор [1]. Однако именно возгорание вытекшего нефтепродукта в кольцевом зазоре и представляет собой особую трудность при тушении пожара.

Рисунок 2 – Схема резервуара с защитной стенкой:

1 - основная стенка; 2 - защитная стенка; 3 - основное днище; 4 - защитное днище; 5 - стационарная крыша; 6 - кольцевая ветровая площадка; 7 – аварийные канаты; 8 -

кольца жесткости; 9 - лотковый зумпф зачистки; 10 - погодозащитный козырек; 11 - круглый зумпф зачистки

При тушении пожаров в резервуарных парках нужно учитывать следующие обстоятельства:

эти пожары могут оказаться затяжными;

кольцевая защитная стенка может препятствовать охлаждению основной стенки горящего и охлаждаемых резервуаров;

при взрыве ПВС возможно образование «карманов» из-за перекашивания понтона и неполного срыва стационарной крыши, а также полный или частичный отказ стационарных систем пожаротушения.

52

В этой связи тактика тушения пожаров резервуаров должна предусматривать следующие мероприятия:

обеспечение более чем 3-кратного запаса пенообразователя с учетом многократного повторения пенных атак;

применение помимо обычной передвижной пожарной техники специализированных машин типа пожарных танков, могущих работать в непосредственной близости от очага пожара и защищающих личный состав от ОФП и взрыва;

предусматрение возможности проделывания отверстий в защитной и основной стенках для подачи ОТВ в «карманы»;

обеспечение в случае затяжного пожара сменности работы и питания личного состава, подвоза горюче-смазочных материалов и пенообразователя;

создание штаба тушения с привлечением специалистов из числа сотрудников резервуарного парка [1].

Одной из перспективных систем пожаротушения является система подслойного тушения, предусматривающая подачу раствора специального пенообразователя через коллектор в нижней части резервуара. Она позволяет осуществлять дистанционную подачу раствора пенообразователя от подвижной пожарной техники или стационарных установок без традиционного проведения достаточно рискованных пенных атак, когда пожарные и техника должны находиться в непосредственной близости от горящего резервуара и охлаждать соседние с ним резервуары и установки. И хотя пожарные используют средства защиты – теплоотражающие костюмы, противогазы и т.п. – это не спасает от внезапного взрыва и выброса горящего нефтепродукта.

Предлагается также предусмотреть взрывозащищенную магистраль с универсальным насосом, закачивающим воду в кольцевой зазор горящего (или охлаждаемого) резервуара до максимального уровня. Если же произошло вытекание нефтепродукта в кольцевой зазор, то его можно этим или специальным насосом перекачать в другую емкость по окончании ра-

бот [1].

Сразу же возникает ряд вопросов:

1.Как обеспечить доступ в межстенное пространство для тушения?

2.Что делать с жидкостью в межкольцевом пространстве при утечке нефтепродукта и его смешении с мусором и грязью, скопившимися на дне межстенного пространства?

3.Каким способом откачивать выброшенную нефть из межстенного пространства?

Решение данных вопросов требует разработки современной системы противопожарной защиты технологических сооружений нефтеперерабаты-

53

вающих производств на основе моделирования особенностей и условиий горения нефтепродуктов. Такая система должна ориентироваться на:

анализ опасности и оценку пожарного риска объектов нефтепереработки;

совершенствование существующих и разработку новых принципов построения систем противопожарной защиты;

построение автоматизированных систем управления процессом производства и процессом обеспечения пожарной безопасности с использованием последних достижений науки и техники.

Литература

1.Демёхин Ф.В., Таранцев А.А., Белов Д.И. О проблеме тушения пожаров в резервуарах с кольцевой защитной стенкой // Научный электронный журнал «Вестник». 2013. №2.

2.Казиев М.М. Современные огнезащитные покрытия для стальных конструкций и трубопроводов // Противопожарные и аварийноспасательные средства. 2005. Август-сентябрь.

3.Противопожарная защита предприятий нефтеперерабатывающего комплекса // Институт электронных систем безопасности. Постоянно действующий открытый семинар «Электронные системы безопасности». Семинар №5, от 27 марта 2009 г. (Электронный ресурс). URL: http://www.i-e-s-b.ru/site/119.

54

УДК 544.52

ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ УФ-ОТВЕРЖДЕНИЯ ДЛЯ ТИРАЖИРОВАНИЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

О.Э. Бабкин, А.В. Жданова

Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения

Аннотация. В данной статье приводятся результаты исследований фотополимеризующихся композиций УФ-отверждения на основе аминомодифицированного полиэфиракрилата, с целью использования их для тиражирования дифракционных оптических элементов.

Ключевые слова: фотополимеризующаяся композиция, дифракционные оптические элементы, УФ-отверждение.

Полимерные композиции УФ-отверждения или фотополимеризующиеся композиции (ФПК) представляют собой олигомерно-мономерную смесь, отверждаемую под воздействием УФ-излучения, содержащую также в своем составе фотоинициаторы и другие функциональные добавки, которые определяют свойства композиции.

ФПК получили промышленное развитие в конце 60-х годов XX века и до сих пор считаются перспективными. Они обладают рядом достоинств, такими как: экономичность (для работы с ними не требуются большие производственные мощности); экологичность (в составе композиции нет летучих растворителей – следовательно, не требуется их регенерация, все вещества в составе 100% реакционноспособны); высокое качество конечного продукта [1].

Полимеры УФ-отверждения используются в лакокрасочной промышленности (покраска автомобилей, мебели и пр.), стоматологии, офтальмологии, а также в качестве регистрирующих материалов в голографии. На данный момент разработкой такого направления занимаются ком-

пании: DuPont, Dai Nippon, Bayer, Polygrama, Norland Products и др.

Дифракционные оптические элементы (ДОЭ) – это обобщающее название различных оптических элементов, представляющих собой рельефную структуру заданной формы с целью модуляции волнового фронта падающего на них излучения. Такие оптические элементы используют в объективах современной фотовидеотехники, в проекторах, различных оптических схемах и приборах, спектроскопии, полиграфии, в качестве защитных элементов в голографии и т.д. В данной работе были получены репли-

55

ки некоторых ДОЭ, таких как голографическая дифракционная решетка (1700 л/мм, с синусоидальным профилем рельефа и глубиной 235±10 нм, с золотым покрытием), микролинзовых растров глубиной 25 мкм и 50 мкм

(рис. 1,2).

Рисунок 1 – Профиль дифракционной решетки

Рисунок 2 – Микролинзовый растр (снимок с цифрового микроскопа celestron 44300)

Для копирования и тиражирования оптических элементов в настоящее время широко используют промышленную УФ-отверждаемую композицию – ОКМ-2 (на основе олигокарбонатметакрилата), который является продуктом реакции бисхлорформиата диэтиленгликоля (БХФ) с монометакрилатом этиленгликоля (МЭГ)[2]. Явными недостатками данного состава являются: высокое время отверждения, «залипание» при копировании глубоких рельефов, появление некоторой желтизны при копировании на прозрачную подложку. Копирование ДОЭ осуществлялось при помощи ртутной лампы высокого давления типа ДРТ 400 контактным способом.

При копировании контактным способом ФПК наносится на ДОЭ, сверху прикатывается полипропиленовая плёнка. Затем ДОЭ с нанесенным на него светочувствительным материалом помещается под лампу ДРТ 400: ФПК отверждается под воздействием УФ-излучения. Таким образом, на

56

поверхности полипропиленовой пленки остается отвержденная ФПК со скопированным рельефом ДОЭ.

В процессе работы были исследованы четыре состава ФПК. В качестве олигомера во всех составах использовали аминомодифицированный полиэфиракрилат с молекулярной массой ~ 500 г/моль. Данный олигомер относится к классу простых полиэфиракрилатов. Аминомодифицированный полиэфиракрилат обладает такими свойствами, как высокая реакционная способность, твердость образуемой пленки, стойкость к воде и химическим веществам. Материалы, полученные на его основе, не желтеют. Также важной особенностью является то, что аминомодифицированный полиэфиракрилат выступает в качестве соинициатора и уменьшает концентрацию атмосферного воздуха в плёнке [3].

Для инициирования процесса полимеризации в композицию вводили фотоинициатор 2,4,6 - триметилбензоилдифенилфосфиноксид (рис. 3), имеющий максимумы поглощения на 295, 368, 380 и 393 нм.

Рисунок 3 – Структурная формула 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксида

Бензоилфосфиноксиды отличаются высокой реакционной способностью, хорошей стабильностью и технически доступны. Бензоилфосфиноксиды поглощают в основном излучение в длинноволновой области (от 300 нм и выше), что приводит к эффективному отверждению композиции по всей глубине слоя. Сначала они вызывают пожелтение покрытий, но при дальнейшем действии излучения обесцвечиваются из-за продолжения распада инициатора. Продукты распада не вызывают пожелтения [1,3].

Также в состав композиции вводили активные разбавители (мономеры) для лучших показаний вязкости и реакционной способности в соотношении 1:1 (олигомер : активный мономер). В качестве активных мономеров использовали: дипропиленгликольдиакрилат, изоборнилакрилат, этоксилированный триметилпропантриакрилат, а также их смеси в различном соотношении. Характеристики данных активных разбавителей представлены в табл.1.

По данным табл.1 можно сделать вывод о том, что при увеличении функциональности активного разбавителя увеличивается его вязкость. А также с увеличением функциональности акриловых мономеров возрастает их реакционная способность, но при этом снижается эластичность полученной пленки.

57

Таблица 1 – Характеристика активных разбавителей

Для того, чтобы узнать мощность требуемого для полимеризации излучения для каждой композиции, при отверждении под УФ-лампой использовали непрерывный оптический клин из нейтрального стекла. Коэффициенты пропускания для расчёта экспозиции находили по калибровочной кривой оптического клина (рис.4).

Экспозицию рассчитывали по формуле: H = N × t × τ ,

где N – мощность лампы = 8 мВт/см2; t – время экспозиции = 40 с;

τ – коэффициент пропускания.

Степень полимеризации ФПК оценивали полуэмпирическим методом: по отсутствию остаточной липкости, а также отсутствию видимых повреждений при механическом воздействии острым керном на пленку из ФПК.

Результаты проведенных экспериментов приведены в табл.2.

58

В результате работы сделан вывод о возможности применения фотополимеризующейся композиции для копирования микрорельефных структур в широком диапазоне глубин рельефа состава:

аминомодифированнный полиэфиракрилат, этоксилированный триметилпропантриакрилат; 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид.

Экспериментально показано, что данная композиция обладает наилучшими показателями из исследуемых ФПК: характеризуется наибольшей реакционной способностью (экспозиция Н~0,8 Дж/см2), лучше передаст глубины рельефа.

Литература

1.Бабкин О.Э. Полимерные покрытия УФ-отверждения.– СПб.: изд. СПбГУКиТ, 2012. 47 с.

2.URL: http://www.reper.ru/rus/index.php?catid=115 (дата обращения 10

октября 2013)

3.Patrick Glökner Radiation curing: coatings and printing inks: Hannover, Germany: Vincentz Network, 2008. 172 c.

4.Ульрих Пот. Полиэфиры и алкидные смолы (перевод с нем. Л.В. Казаковой).– М.: Пэйнт-Медиа, 2009. 232 с.

60