Прислать материал
14.578.21.0190
Задачи:
1. Провести аналитический обзор имеющихся грунтовых модификаторов, выделить их основные недостатки и достоинства;
2. Отработать методику миниэмульсионного синтеза монодисперсных наноразмерных частиц типа ядро-оболочка или взаимопроникающая сеточная структура, включающих в себя неорганическую фазу оксида кремния и различные синтетические органические полимеры (например, поли(мет)акрилат);
3. Разработать методику и провести лабораторные исследования физико-химических свойств экспериментальных образцов монодисперсных наноструктурированных гибридных частиц;
4. Провести сравнительный анализ структуры и свойств монодисперсных наноструктурированных гибридных частиц различного состава;
5. Провести испытания механических свойств образцов почв, обработанных полученным полимерным модификатором.
В настоящей работе предлагается заменить существующие коммерческие двухкомпонентные модификаторы для укрепления грунтов совершенно новым гибридным наноструктурированным материалом, сочетающим в своей структуре необходимые органические и неорганические ингредиенты, т.е. коллоидные полимер/SiO2-нанокомпозиты.
Основу предлагаемого гибридного наноструктурированного материала составят наноразмерные частицы с оксидом кремния в их структуре, которые будут синтезированы, используя сверхразветвленный полиэтоксилоксан (ПЭОС), выступающий в данном случае не только как прекурсор оксида кремния, но и как эмульгатор, благодаря его амфифильности, индуцированной гидролизом на границе раздела фаз. В предлагаемом одноэтапном синтезе в присутствии органических мономеров превращение ПЭОС в оксид кремния будет сопровождаться также полимеризацией органического мономера с образованием наногирибридных частиц. При этом условия синтеза позволят точно контролировать как внутреннюю структуру частиц (тип ядро-оболочка или взаимопроникающая сеточная структура), так и их характерный размер, который во всех случаях будет характеризоваться узким распределением.
Рисунок 1. Амфифильный характер ПЭОСа, индуцированный гидролизом.
Более того, в результате реакции можно получить полимер/SiO2 - наноструктуированные гибридные частицы с разными внутренними структурами, которые определяются совместимостью полимера с ПЭОС/SiO2 и условиями реакции. Структура типа ядро-оболочка и взаимопроникающая сеточная структура являются двумя экстремальными случаями.В настоящей работе стирол и различные (мет)акрилаты (Рисунок 2) будут использованы в качестве гидрофобных мономеров. Стирол будет сополимеризоваться с (мет)акрилатами и их сополимерами. Состав мономерной смеси будет систематически варьироваться, и будет исследовано влияние соотношения разных мономеров на химическую структуру сополимеров и внутреннююморфологию полученных частиц. Более того, сложноэфирные группы в (мет)акрилатах (особенно замещенных третичной бутильной группой) могут гидролизоваться в присутствие воды (например в водной дисперсии или в почве), таким образом возникают гидрофильные кислотные группы, которые способны удержать водные молекулы. Для выбора мономеров также будут учитываться экономические факторы, т.е. себестоимость.
Рисунок 2. Химическая структура стирола, акрилатов и метакрилатов, которые будут использованы в данном проекте. R – разные органические группы.
После отработки методики синтеза, которая должна позволить тонко настраивать морфологию системы, включая размер частиц, внутренней структуры частиц и состав полемизирующего органического мономера работа будет сосредоточена на исследовании взаимодействия разработанного гибридного материала с образцами почв. В частности, будет проведена работа по определению предела прочности почв на сжатие до и после обработки различными количествами водных дисперсий разработанного гибридного материала. Кроме того, влияние модификатора будет изучено по изменению влагопроницаемости почвы. Ожидается, что данная работа приведет к созданию принципиально новой технологии укрепления грунтов, которая будет основываться на высокотехнологичной безотходном синтезе наноструктурированного гибридного материала с тонко настраиваемой микроструктурой.
На данный момент проведен аналитический обзор современной научно-технической, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках работы. К основным недостаткам современных модификаторов почв можно отнести: 1) дороговизна 2) индивидуальность модификатора для конкретного типа почвы 3)экологические проблемы, связанные с использование ПАВ.
Предполагается, что в результате использования нового наноразмерного полимерного модификатора на основе SiO2 получится:
1) снизить стоимость модификаторов почв
2) снизить степень вспучивания образцов почв по сравнению с почвами, обработанными известными модификаторами
3) увеличить прочностные характеристики образцов почв,обработанных модификатором