Главная » 2014 » Июль » 27 » Скачать Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытий и технологии их получения. Мжачих, Евгений Иванович бесплатно
11:02 PM
Скачать Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытий и технологии их получения. Мжачих, Евгений Иванович бесплатно
Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытий и технологии их получения
Диссертация
Автор: Мжачих, Евгений Иванович
Название: Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытий и технологии их получения
Справка: Мжачих, Евгений Иванович. Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытий и технологии их получения : диссертация доктора технических наук : 05.17.03, 05.17.06 / Моск. гос. ин-т стали и сплавов Москва, 2006 220 c. : 71 07-5/647
Объем: 220 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
Глава 1 Аналитический обзор
Глава 2 Объекты и методики экспериментальныхисследований
21 Стойкость покрытий к механическим воздействиям
22 Испытание бактерицидиых свойств покрытий
23 Методика расчёта внутренних напряжений номеханическим параметрам полимерных плёнок
24 Измереине внутренних напряжений консольнымметодом
25 Оптический метод измерения внутреннихнапряжений с автоматической записью результатов
26 Импедансный метод
27 Определение физико-механических показателей
28 Определение стойкости покрытиягравиметрическим методом
29 Методика ускоренных испытаний растительиогомасла с полимерными покрытиями
210 Определение содержания хлорорганическихпестицидов в растительном масле
211 Методы ускореиных иснытаний покрытий квоздействию климатических условий
Глава 3 Исследовапие процессов создаиия эпоксифеиольиыхкомпозиций для защиты коисервиои тары
31 Особеиности формирования экопсифепольиыхпокрытий для консервной тары
32 Способы модификации покрытий длякоисервиои тары
33 Структура и свойства покрытий иа осиовеэпоксидпых олигомеров
34 Влияиие модификации иа свойства защитиыхпокрытий из эиоксидиых композиций
Глава 4 Способы повышения защитиых свойств покрытий
41 Полуфункциональиые металлоорганическиемодификаторы защитиых противокоррозионныхпокрытпй
42 Механизм разрушеиия покрытий иод действиемвиутренних напряжений
43 Исследование защитиых покрытий из сополимероврегулярного строення
44 Влияние коицентрации и природы отвердителя иинициатора иа процесс формироваиня и свойствапокрытий
Глава 5 Разработка иовых биохимически стойкихзащитных покрытий
51 Модифицированные эиокснперхлорвиниловыебактерицидиые покрытия на основе эпоксидныхсополимеров и вииилхлорида
52 Разработка способа улучшеиия защитиых свойствполивинилхлоридиых композиций путёммодификации блок-сополимерами
53 Хлорвиниловые модифицированныекомпозиции
54 Защитные свойства покрытий, модифицированныхсоставом Антикор-2 ,
55 Модифицированные перхлорвиниловые покрытияс повышенной долговечностью
56 Исследование эффективности модификаторов ,структурообразователей для улучшения защитныхсвойств покрытнй
Глава 6 Покрытия для защиты крупнотоннажныхрезервуаров пнщевого назначения
61 Способы защиты резервуаров для храненияпищевого 96%-ного этилового спирта
62 Модифицированные защитные покрытиярезервуаров для хранения растительиого масла 195Выводы
Введение:
Наука о создании биохимически стойких материалов развивается настыке экологии и техники. Защита от повреждений - одна из самых древнихнаучных и практических проблем, которые всегда требуют своего решения.Человечество решает её с тех пор, как оно существует, и, видимо, она будетвсегда актуальной потому, что постоянно создаются новые материалы,повышаются требования к их эксплуатационным свойствам, возникают всёболее жесткие условия их использования в технике.Биосфера реагирует на новые материалы, принимая одни и разрушаядругие. Наука о механизме биоразрушения важна при создании практическихвсех материалов и конструкций и, в конечном счёте, определяет ихдолговечность.Микроорганизмы способны разрушать оборудование и коммуникациина космических станциях и кораблях, включая применяемые для этих целейспециальные виды топлива и нефтепродукты. Обрастание микрофлоройподводной части судов снижает скорость их хода до 18-20%, при этом до40% повышается расход топлива. На предприятиях продовольственногокомплекса патогенная микрофлора снижает питательную ценностьпродукции и сроки её хранения. Живыми организмами повреждаютсяпортовые сооружения, закупориваются промышленные трубопроводы.Более 40% общего объёма разрушения связано с деятельностьюмикроорганизмов. Характер биоразрушений определяется условиямиэксплуатации. Развитию и размножению бактерий благоприятствует наличиежидкой фазы. В наиболее жестких условиях при относительной влажностивоздуха свыше 75% интенсивно размножаются грибы. В качестве пищи онипоглощают отдельные компоненты, значительно ухудшая декоративные,физико-механические и защитные свойства полимерных покрытий. Бактерииизменяют углеводородный состав топлива и смазочно-охлаждающихжидкостей. Сульфатовосстанавливающие бактерии вызывают биокоррозиюнефтепромыслового оборудования, при этом образуется сероводород,ухудшается качество нефти. Тионовые бактерии окисляют в аэробныхусловиях, например в грунтах, серу и её соединения до серной кислоты,которая вызывает коррозию. Микроскопические грибы также практическиразрушают большинство натуральных и синтетических материалов,используемых в промышленном строительстве [1-3].Дрожжи усваивают углеводороды топлива, а образующиеся при этомпродукты обмена вызывают коррозию ёмкостей. Биомассоймикроорганизмов засоряются фильтры, трубопроводы и затрудняется подачатоплива. Грибы разрушают бетоны и древесину строительных ипромышленных сооружений, выводят из строя железнодорожные шпалы,опоры линий электропередач, телефонные и телеграфные коммуникации.Анализ и обобщение накопленного практического опыта позволиливыдвинуть эколого-технологическую концепцию биоповреждений, котораярассматривает их как реакцию окружающей среды, биосферы на всё новое,что вносит в неё человек.Развитие грибов на поверхности интегралов, микросхем ухудшаетэлектрические параметры оборудования, при этом до 45% готовых изделийсодержат споры.Создаваемые человеком материалы и изделия включаются вестественные биоценозы, становятся их функциональной частью,вовлекаются в процессы, протекающие в биосфере. В своей практическойдеятельности общество заинтересовано в том, чтобы разработанныематериалы, изделия, сооружения в определённых экологических условиях неразрушались биодеградантами, обладали экологическим иммунитетом поотношению к живым организмам. Для этой цели в материалы вводятхимические средства защиты, не всегда безразличные для человека иокружающей среды. По истечению срока эксплуатации материалы должнывовлекаться в естественный или создаваемый человеком искусственныйкруговорот веществ и разлагаться, предотвращая загрязнение окружающейсреды.В экологическом аспекте биоповреждения представляют собойестественный процесс, протекающий в общем круговороте веществ, которыйчеловек на время приостанавливает с помощью различных средств.В результате биоповреждений значительно снижается ценностьматериалов или нарушается процесс их эксплуатации, приносяэкономический ущерб. После потери основных эксплуатационных свойствзащищенный от биоповреждений материал и изделия должны вновьоказаться в процессе круговорота веществ, отработавших свой срок, иподвергаться действию наиболее агрессивных микроорганизмов,вызывающих биоразрущение илц биодеградацию. Это наиболееэкономически приемлемый и практически автоматический процессосвобождения биосферы от ненужных материалов. Попадание вокружающую среду промышленных отходов вместе с агентамибиоповреждений в течение длительного времени активирует включение их вбиосферу. При этом на полезный хозяйственно нужный материал нападаютвсё более агрессивные организмы. Это выдвигает задачу обязательногоуправления процессами биоповреждений и биоразрущений. Оба эти процессав реальной среде сопутствуют друг другу. С экологической точки зрениянеобходимо научиться управлять ими в интересах практики. Во всехситуациях, связанных с биоповреждениями, взаимодействуют живойорганизм или сообщество организмов, существующих в определённыхэкологических условиях, с одной стороны, и материал или изделие,являющееся объектом их нападения, с другой стороны. Таким образом, вбиоповреждающем процессе постоянно присутствуют и взаимодействуютэти два начала, что дает основание рассматривать биоповреждения какэколого-технологическую проблему.Взаимоотношения биосферы и создаваемых человеком материалов,изделий и технических устройств носят сложный и многоплановый характервследствие огромного разнообразия живых организмов, вызывающихбиоповреждение и объектов их нападения. Обилие биоповреждающихситуаций, известных в настоящее время, увеличение их числа вследствиенасыщения биосферы новыми материалами и изделиями вызываютнеобходимость инвентаризации и в дальнейшем классификациибиоповреждений.Основными классами полимерных композиций для защитныхпокрытий в настоящее время являются материалы на основе эпоксидных ихлорвиниловых сополимеров. В общем объёме выпускаемых полимеров вРоссии и за рубежом они составляют более 80%. Однако существенным'недостатком покрытий на их основе является низкая долговечность, не более3-5 лет в зависимости от условий эксплуатации [4, 5].В связи с тем, что затраты на получение и формирование покрытий внесколько раз превосходят стоимость материалов [4], большое научное ипрактическое значение имеет проблема долговечности покрытий до 15-20 лети более.Установлено, что разрушение практически всех материалов (металла,бетона, полимеров, древесины и др.) под действием микрофлоры, котораяиспользует их в качестве продуктов питания и жизнедеятельности,происходит в 2-3 раза быстрее, чем в результате деструкции под действиемэлектрохимических корриозных процессов. Рекомендуемые биоциды дляборьбы с патогенной микрофлорой представляют собой низкомолекулярныедобавки. Они легко вымываются и удаляются из полимерных материалов,часто снижают их эксплуатационные характеристики и являются малоэффективными.При разработке научных принципов создания биохимически стойкихпокрытий необходимо решить ряд научных и практических задач.Важнейшими из них являются:- синтез и разработка органо-растворимых модификаторов структурообразователей с биоцидными свойствами;- разработка способов структурной совместимости биоцидов сполимерной матрицей;- изучение влияния биоцидных структурообразователей на механизмформирования структуры и свойств защитных покрытий;- изучение адгезионной прочности модифицированных биохимическистойких покрытий на основе эпоксидов и перхлорвиниловых композиций вусловиях воздействия различных агрессивных сред;- исследование возможности миграции биоцидов из покрытия вокружающую среду и экологической безопасности биохимически стойкихматериалов.Проблема создания научных основ формирования биохимическистойких покрытий является весьма важной для защиты тароупаковочныхматериалов в пищевой промышленности.Актуальность проблемыОсновными классами полимерных композиций в настоящее времяявляются материалы на основе эпоксидных и хлорвиниловых сополимеров. Вобщем объёме выпускаемых полимеров в России и за рубежом онисоставляют более 80%. Однако существенным недостатком покрытий на ихоснове является низкая долговечность, составляющая не более 3-5 лет взависимости от условий эксплуатации. В связи тем, что затраты на получениеи формирование покрытий в несколько раз превосходят стоимостьматериалов, большое научное и практическое значение имеет проблемадолговечности покрытий до 15-20 лет и более.Установлено, что разрушение практически всех материалов (металла,полимеров, древесины и др.) под действием микрофлоры, которая используетих в качестве продуктов питания и жизнедеятельности, происходит в 2-3 разабыстрее, чем в результате деструкции под действием электрохимическихкоррозионных процессов.Особенно ускоренному биоразрушению подвергаются защитныепокрытия и оборудование пищевых отраслей промышленности, работающиев условиях повышенной температуры, влажности, в контакте с химическимии биологически активными средами (кисломолочными продуктами, солью,штаммами различных микроорганизмов, щелочными моющими средствами).Биотехнология защитных полимерных и неорганических покрытийнеразрывно связана с созданием экологически безопасных научнообоснованных путей регулирования структурообразования в композициях ипокрытиях на их основе.Решение проблемы создания защитных материалов - необходимоеусловие эффективной и высокопроизводительной технологии эксплуатацииоборудования для переработки, хранения и транспортировкипродовольственного сырья и продукции.В соответствии с технико-экономическими исследованиями наиболеепрогрессивный и экономически обоснованный подход к созданию защитныхбиохимически стойких покрытий состоит в модификации композицийполифункциональными добавками - структурообразователями, способнымивыполнять комплекс заданных функций: повышать адгезионную икогезионную прочность покрытий, снижать внутренние напряжения,ингибировать развитие коррозионных процессов на границе раздела фаз,регулировать молекулярную и надмолекулярную структуру плёнки,обеспечивая необходимые барьерные, диффузионные, физико-механические,биоцидные свойства, а также стабильность их в процессе эксплуатации.10Цель работы;Разработка коррозионно и биохимически стойких полимерных покрытийи барьерных композиций нового поколения с однородной по толщине иплощади регулярной упорядоченной структуры.Это позволит решить важную народнохозяйственную задачу повышениядолговечности покрытий до 15-20 лет и создания комплексных биохимическистойких материалов для длительной зашиты оборудования, крупнотоннажныхстальных ёмкостей для переработки, хранения и транспортировки жидких идругих материалов, особенно в пищевых отраслях промышленности,работающих в условиях повышенной температуры, влажности, в контакте схимическими и биологически активными средами.Задачи;- изучение процессов создания эпоксифенольных композиций дляпротивокоррозионной защиты консервной тары;- исследование механизма разрушения покрытий под действиемвнутренних напряжений;- разработка способов повышений защитных свойств покрытий;исследование адгезионной прочности модифицированныхбиохимически стойких покрытий на основе эпоксидов и перхлорвиниловыхкомпозиций в условиях воздействия различных агрессивных сред;- определение влияния концентрации и природы отвердителя иинициатора на процесс формирования и свойства полимерных покрытий;- изучение влияния структурирующих добавок полифункциональногомодифицирования на механизм формирования структуры ипротивокоррозионных свойств покрытий;- разработка нового поколения коррозионно и биохимически стойкихполимерных покрытий.11Научная новизна:1. Разработаны основы формирования модифицированных коррозионно ибиохимически стойких покрытий на основе эпоксидов и перхлорвиниловыхкомпозиций в условиях воздействия различных агрессивных сред.2. Исследован механизм и разработаны методы повышения защитныхсвойств покрытий, основанные на физической и химической модификациипромышленных композиций путём введения в них полифункциональныхдобавок - структурообразователей, являющихся по своей природесинтетическими биологически активными соединениями и обеспечивающихравномерное распределение связей на границе раздела фаз и в полимернойматрице.3. Разработаны и интерпретированы способы повышения биохимическойстойкости покрытий, основанные на упорядочении надмолекулярнойструктуры.4. Исследован механизм и кинетика формирования покрытий изполимеризационных олигомеров.5. Созданы принципы получения композиционных материалов на основехлорированных полимеров с высокой (до 20 лет) долговечностью.6. Впервые разработана и запатентована биохимически стойкаяэпоксидно-перхлорвиниловая композиция.Практическая значимость;На основе разработанных научных основ формирования коррозионно ибиохимически стойких покрытий на основе эпоксидов и перхлорвиниловыхкомпозиций организовано опытно-промышленное производство новогопоколения экологически безопасных защитных покрытий с высокой (до 15-20лет) долговечностью. Предложены новые биохимически стойкие композиции,предназначенные для длительной защиты от агрессивных сред оборудованиядля переработки, хранения и транспортировки продовольственного сырья ипродукции.12Положения, выносимые на защиту:1. Основы создания модифицированных биохимически стойких защитныхпокрытий нового поколения с повышенной до 20 лет долговечностью на основеэпоксидно-перхлорвиниловых композиций путём введения в нихполифункциональных модификаторов-структурообразователей, являющихся посвоей природе синтетическими биологически активными соединениями,обеспечивающими равномерное распределение физических и химическихсвязей на границе раздела фаз и в полимерной матрице.2. Механизм и кинетику формирования покрытий из полимеризационныхолигомеров.3. Научные принципы получения композиционных материалов на основехлорированных полимеров с высокой долговечностью.4. Экспериментальные результаты, характеризующие кинетику изменениявнутренних напряжений при отверждении эпоксидно-перхлорвиниловыхкомпозиций.5. Экспериментально полученные закономерности, характеризующиевлияние соотношения эпоксидных и фенолформальдегидных олигомеров набиохимические и защитные свойства покрытий.Апробация работ:Основные результаты диссертационной работы докладывались на научнопрактических конференциях ФГУ НИИПХ в 1999 г. и 2004 г., г. Москва, 2-мВсесоюзном совещании "Проблемы химии и технологии прогрессивныхлакокрасочных материалов", 1990 г., г. Ярославль, 3-й Международной научнотехнической конференции "Пища. Экология. Человек", 1999 г., г. Москва, IVМеждународной научно-практической конференции "Настоящее и будущеероссийского рынка лакокрасочных материалов", 2000 г., г. Москва.
