Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и перспективы создания термостойких антиадгезионных покрытий нового поколения для пищевой промышленности 8
1.1. Термостойкие полимерные материалы 8
1.2. Способы нанесения полимерных покрытий 36
1.3. Структура полимеров 49
Глава 2. Объекты и методы исследования 63
2.1. Обоснование выбора исходного полимерного материала и модификаторов. Объекты исследования 63
2.2. Методика приготовления образцов 72
2.3. Методы исследования 74
2.3.1. Методы определения эксплуатационных характеристик 74
2.3.2. Методы структурного анализа 78
Глава 3. Экспериментальное обоснование состава композиции, режимов формирования и оценка эксплуатационных свойств фторопла стовых покрытий 81
3.1. Исследование зависимости свойств покрытия от состава 84
3.2. Исследование структуры фторопластовых покрытий методом электронно-микроскопического сканирования 102
3.3. Исследование структуры фторопластовых покрытий методом ИК-спектроскопии 110
3.4. Исследование фторопластовых покрытий методом дифферен циально-термического анализа 116
3.5. Предполагаемый механизм формирования порошковых покрытий 118
3.6. Определение шероховатости поверхности покрытий 120
3.7. Изучение износостойкости покрытий на основе фторопласта-4МБ 122
3.8. Исследование температурно - деформационных характеристик фторопластовых покрытий 125
3.9. Исследование влияния температурно-временных режимов формирования на адгезионные свойства покрытий 128
3.10. Оптимизация количества модифицирующих добавок в составе композиции с использованием методов математического анализа 132
Выводы 135
Список использованных источников 137
Приложение
- Способы нанесения полимерных покрытий
- Методы определения эксплуатационных характеристик
- Исследование структуры фторопластовых покрытий методом ИК-спектроскопии
- Исследование температурно - деформационных характеристик фторопластовых покрытий
Введение к работе
Создание разделительного эффекта между формующей поверхностью и изделием, т.е. предотвращение прилипания и пригорання пищевого сырья, полуфабрикатов и готовой продукции к рабочим поверхностям оборудования или инвентаря необходимо в самых разнообразных пищевых технологиях (хлебопечении, сыроделии, мясо- и рыбоперерабатывающей промышленности и пр.), где в процессе производства продуктам питания придается определенная форма с помощью соответствующей формующей оснастки. От способов создания этого эффекта зависят не только надежность и производительность оборудования, но и безопасность, качество и выход готовой продукции.
В настоящее время сложность создания разделительных покрытий пищевого назначения обусловлена ограниченным выбором полимерных материалов, пригодных для покрытий, контактирующих с продуктами питания, обладающих высокой термостойкостью, а также низкой поверхностной энергией, ответственной за уровень адгезионного взаимодействия с пищевыми средами. Поэтому вопрос расширения ассортимента термо- и химически стойких полимерных материалов за счет использования в качестве пленкообразующих ряда нерастворимых биологически инертных полимеров сегодня актуален.
В России, и за рубежом в качестве возможных пленкообразователей для разделительных слоев исследовали фторопласты, пентапласты, полиолефины, кремнийорганические соединения и другие полимеры. Однако практическое использование получили преимущественно кремний- и фторорганические соединения, в меньшей степени - полиолефины, в связи с тем, что разделительные покрытия, применяемые в контакте с пищевыми продуктами, должны отвечать определенным требованиям. Ведь наряду с температурными параметрами обработки, особенности химической природы и физической структуры различных пищевых продуктов диктуют необходимость индивидуального подхода к обо-
снованию выбора эффективных полимерных материалов для антиадгезионных покрытий оборудования и технологической оснастки пищевой промышленности.
Широко известные на сегодняшний день покрытия для хлебопекарной промышленности на основе суспензионного фторопласта и кремнийорганических соединений предназначены в основном для эксплуатации в щадящих условиях: на агрегатах малой и средней мощности периодического типа; в режиме, исключающем горячие простои и термоудары; и не рассчитаны на условия промышленной эксплуатации на отечественных высокопроизводительных агрегатах непрерывного действия, в том числе с неполной и неритмичной нагрузкой. Кроме того, известные покрытия технологически не позволяют создать сплошные равной толщины антипригарные покрытия, как для хлебных форм, так и для перфорированных листов, гофрированных кондитерских форм, профилей сложной конфигурации. Недостатками известных отечественных и зарубежных покрытий на основе суспензионных композиций являются: трудоемкость и длительность процесса приготовления композиций, а также применение экологически опасных веществ (толуола, ксилола и др.). Покрытия на основе растворных систем, не обеспечивают равнотолщинности слоя по всей поверхности оснастки, что вызывает деформацию тепловых полей, возникновение термоударов на отдельных участках оснастки с последующим ее короблением или прогоранием и другие нежелательные последствия. В наибольшей степени устранить указанные негативные факторы возможно лишь при использовании порошковых антипригарных покрытий.
Порошковые композиции являются экологически благоприятными материалами, позволяя создавать практически безотходные производства с использованием высокопроизводительных методов, в частности, электростатического напыления [ 1-4 ]. Технологичность порошковых композиций позволяет создать покрытие равной толщины на поверхностях сложной конфигурации, в том числе перфорированных [ 5-7 ].
Термическая и химическая стойкость фторопласта, несмачиваемость водой, инертность к жирам, маслам, органическим растворителям, а также положительная санитарно-гигиеническая характеристика позволили рекомендовать его для использования в хлебопекарной промышленности. Из порошковых фторорганических полимеров, пригодных для контакта с продуктами питания, наиболее ценными защитными свойствами обладает фторопласт- 4 МБ. Однако из-за большой вязкости расплава при высоких температурах, отсутствия вязкотекучего состояния и склонности порошка к комкованию, получение покрытий из фторопласта-4МБ связано с большими техническими трудностями.
В связи с этим актуальной является задача создания конкурентоспособных композиций для антиадгезионных покрытий на основе порошкового фторопласта, удовлетворяющей таким требованиям как:
экологическая и биологическая безопасность;
обеспечение стабильного высокого разделительного эффекта, т.е. минимальной адгезии к продукту и максимальной - к металлической поверхности оснастки или оборудования (количественная характеристика соотношения указанных параметров выбрана нами как один из основных критериев качества разделительных покрытий);
термостабильность, стойкость к термоударам, сохранение работоспособности при знакопеременных температурах;
нетоксичность, химическая и физиологическая инертность, отсутствие миграции компонентов покрытий в пищевой продукт и окружающую среду;
технологичность, возможность нанесения равномерным однородным слоем на оснастку сложной конфигурации, воспроизводимость параметров;
высокий уровень физико-механических свойств, обеспечивающих длительную эксплуатацию покрытий в заданном температурном интервале: прочность, эластичность, абразивостойкость, износоустойчивость и пр.;
- техническая, социальная и экономическая эффективность использования. Решению вышеуказанных проблем посвящена данная работа. Основной объем исследований выполнен в рамках Государственных научно-технических программ:
Межвузовская НТП «Биологическая безопасность и лечебно-профилактическое питание». Указание Министерства общего и профессионального образования РФ от 22.12.97 № 747-19, приказ Минобразования от 03.04.98 г. № 863 (1998-1999).
Межвузовская НТП Инновация - (1996-1997 г.).
НТП Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (приказ Минобразования России от 16.06.2000 № 1788). Подпрограмма «Технологии живых систем» (2001-2002).
4. НТП Минобразования России «Научное, научно-методическое, материально-
техническое и информационное обеспечение системы образования» (приказ Минобразо
вания России от 28.10.1999 № 659). Подпрограмма 1.02 «Научное и методическое обеспе
чение индустрии образования» (2000-2001).
5. НТП Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приори
тетным направлениям науки и техники» (Приказ Минобразования России от 11.02.2003 г.
№ 475). Подпрограмма «Технологии живых систем» (2003-2004).
В соответствии с изложенным, целью работы является разработка модифицированных полимерных композиций на основе порошкового фторопласта для антиадгезионных термостойких покрытий, исследование свойств полученных покрытий, а также их апробация в условиях промышленного производства.
Способы нанесения полимерных покрытий
В настоящее время разработаны и используются разнообразные методы нанесения полимерных покрытий, выбор которых определяется размерами покрываемых деталей и изделий, их конструктивными и технологическими особенностями, условиями будущей эксплуатации, агрегатным состоянием используемого материала, а также необходимой толщиной функционального полимерного слоя [ 15 ]. Способы нанесения покрытий на основе растворных систем
К наиболее распространенной группе нанесения жидких лакокрасочных материалов (ЛКМ) относятся: пневматическое распыление, безвоздушное (гидравлическое) распыление, распыление в электростатическом поле и различные комбинации этих методов. Общим для них является то, что жидкий ЛКМ предварительно диспергируется с помощью сжатого воздуха и в виде аэрозоля переносится на изделие.
Метод пневматического распыления заключается в воздействии потока сжатого воздуха, вытекающего из кольцевого зазора воздушной головки, на струю распыляемого материала, поступающего из отверстия соосно размещенного внутри нее материального сопла. В процессе распыления образуется движущая масса полидисперсных капель диаметром 6-100 мкм, называемая факелом. При ее направленном перемещении к поверхности окрашиваемого изделия в факеле происходит также и перемешивающее движение, что способствует равномерному распределению ЛКМ по сечению факела. Для пневматического распыления ЛКМ используется давление от 0,2 до 0,6 МПа при вязкости ЛКМ по вискозиметру ВЗ-246 - 14-60с.
Нанесение методом безвоздушного распыления происходит за счет высокого гидравлического давления, оказываемого на ЛКМ, и вытеснения последнего с большой скоростью через эллиптическое отверстие специального сопла. При этом потенциальная энергия ЛКМ при выходе его в атмосферу переходит в кинетическую, возникают завихрения, вызывающие турбулентные пульсации различных размеров. При этом образуется облако аэрозоля, размер капель которого колеблется в широком диапазоне. Для распыления ЛКМ применяют струйные форсунки, работа которых характеризуется давлением нагнетаемого материала, производительностью, формой факела, дисперсностью аэрозоля ЛКМ. Для безвоздушного распыления ЛКМ используется давление на материал от 10 до 25 МПа при вязкости ЛКМ по вискозиметру В3-246-4с и выше.
Сущность метода комбинированного распыления, известного за рубежом как метод airmix и aircoat, заключается в том, что ЛКМ вытесняется с относительно большой скоростью за счет высокого гидравлического давления (15-50 МПА) из эллиптического отверстия специального сопла, подобного безвоздушному. Для улучшения качества распыления в факел из специальных каналов распылительной головки, в центре которой установлено сопло, подается регулируемое количество сжатого воздуха под давлением 0,1-0,2 МПа. Метод является комбинацией двух известных методов распыления - безвоздушного и пневматического.
Метод распыления в электрическом поле высокого напряжения основан на переносе заряженных частиц ЛКМ в электростатическом поле, создаваемом между двумя электродами, один из которых - распыляющее устройство, а другой - окрашиваемое изделие. Отрицательное напряжение подводят к распыляющему устройству, а изделие заземляют.
Окрашивание окунанием является одним из наиболее простых и производительных методов. Сущность метода заключается в том, что окрашиваемое изделие погружают в ванну, заполненную ЛКМ, затем извлекают и выдерживают над ванной для стекания избытка материала. Окрашивание струйным обливом происходит при нанесении ЛКМ на поверхность ламинарными струями со всех сторон. По сравнению с оборудованием для окрашивания окунанием в оборудовании для окрашивания струйным обливом отсутствуют громоздкие ванны с большим количеством ЛКМ, объем материала, находящегося в системе сокращается в 8-Ю раз, что уменьшает пожароопасность цеха.
Метод электроосаждения заключается в осаждении частиц ЛКМ на изделии под воздействием постоянного электрического тока. Используются, главным образом, водораз-бавляемые ЛКМ на основе пленкообразователей - электролитов. Нанесение покрытия осуществляется путем погружения изделий в ванну с ЛКМ при одновременном подключении электрического тока. Окрашиваемое изделие является анодом или катодом. Корпус ванны или - противоположным по знаку электродом [ 79 ].
При нанесении суспензионных фторопластовых покрытий суспензию на поверхность изделия наносят методами окунания, полива или распыления с помощью пульверизатора (краскораспылителя типа КРУ-1, КРУ-10 и др.). Покрытие, нанесенное одним из указанных методов, сушат на воздухе или в термостате, при этом в высохшем слое не должно быть затеков и трещин. Высохшее покрытие сплавляют в печи при температуре, определяемой температурами плавления и текучести полимера. Для перекрывания дефектов и достижения необходимой толщины наносят несколько слоев суспензии последовательно, подсушивая и сплавляя каждый слой. После сплавления последнего слоя покрытие, в случае необходимости, подвергают термообработке, затем охлаждают на воздухе или подвергают закалке холодной водой, которая повышает эластичность и адгезию покрытия. Толщина покрытия определяется его назначением. Для получения антиадгезионного и антифрикционного покрытий из ПТФЭ достаточна толщина 20-30 мкм, для электроизоляционного - 100 мкм. Для защиты от коррозии толщина покрытия должна быть не менее 100 мкм, а в случае сильно корродирующих сред 200-400 мкм.
Для получения толстослойных покрытий существуют ускоренные способы, позволяющие наносить слои толщиной 50-125 мкм каждый. Один из таких способов заключается в добавлении к суспензии ПТФХЭ небольших количеств фторуглеродной жидкости №12, оказывающей пластифицирующее действие на полимер. Введение этой жидкости предотвращает растрескивание при получении толстого слоя (40-55мкм) способствует быстрому сплавлению частиц полимера в сплошную пленку.
Методы определения эксплуатационных характеристик
Для оценки прочностных свойств покрытий на основе фторопласта 4-МБ были использованы методы измерения предела прочности пленки при растяжении, относительного удлинения при разрыве. Эти параметры не являются константами лакокрасочных покрытий, так как зависят от температуры, продолжительности действия деформирующей силы, скорости и вида деформации. Однако для определения таких показателей качества покрытий, как самопроизвольное растрескивание и отслаивание пленки от подложки, необходимо знать прочностные характеристики пленок. Испытания перечисленных выше показателей проводились на пленках, снятых с подложки («свободных» пленках).
Предел прочности пленки при растяжении и удлинение при разрыве определяли на разрывной машине «Instron» марки TM-SM(rOCT 11262-68). Базовая длина образца 50мм, ширина 10 мм. Скорость деформации 10 мм/мин. Испытания проводились в режиме одноосного растяжения при температуре 20 С. Пленка заправлялась в зажимы. Один из зажимов связан стрежнем с динамометрической пластиной, а второй зажим с винтом приводится в поступательное движение гайкой. При натяжении пленки динамометрическая пластина прогибается; величина прогиба фиксируется индуктивным датчиком и записывается потенциометром. На ленте потенциометра разрывная диаграмма записывается в координатах: разрывное усилие Р - удлинение Л1 .
Предел прочности пленки при растяжении 7 - максимальное напряжение, которое может выдержать пленка, не разрушаясь. Определяли по отношению разрывной нагрузки Р к первоначальной площади поперечного сечения пленки S0:
Относительное удлинение пленки при разрыве Є - способность пленки менять первоначальную длину при растяжении под действием внешних сил вплоть до разрыва; выражается в процентах от первоначальной длины рабочей части пленки, принятой за 100%.
Относительное удлинение пленки при разрыве Є (%) рассчитывали по формуле Л1 - удлинение пленки; / - длина рабочей части пленки в момент разрыва; lg - первоначальная длина рабочей части пленки [167].
Метод определения адгезионной прочности. Определение адгезионной прочности при нормальном отрыве производили методом «грибков» [167]. Для нанесения испытуемого материала использовались стержни (грибки), которые вставлялись во втулку. Фторопластовую композицию наносили на торцевую поверхность 2-х алюминиевых стержней, соединяли поверхностями с нанесенной композицией (ставили один на другой или укладывали горизонтально в специальные держатели так, чтобы обеспечить контакт без давления), и выдерживали при различной температуре (от 290 до 370С), и различном времени контакта (от 2 до 6 часов). Площадь контакта составляла 3 см . К стержню на резьбе присоединялись муфточки, с помощью которых образец закреплялся в разрывную машину, и фиксировали силу, при которой происходил разрыв стержней.
Прочность при отрыве, МПа, для каждого испытуемого образца рассчитывали по уравнению:
Метод определения износостойкости покрытий. Износостойкость покрытий определяли на установке, разработанной НИИ НПО «Спектр» и ИФХ РАН, в интервале температур от 20 до 150 С. В основу метода положено испытание на трение скольжения при возвратно-поступательном движении образца относительно индентора, расположенного нормально к истираемой поверхности. Испытания проводились на покрытиях, нанесенных на алюминиевые пластины. Износостойкость определяли по глубине канавки в мкм, созданной индентором в покрытии. Индентор представляет собой стальную иглу с радиусом закругления 0,1 мм, совершающую для ускорения процесса изнашивания колебательные движения с частотой 150 Гц вдоль оси иглы. Индентор при этом давит на образец с усилием 50 гс. Образец закреплен на столике, совершающем колебательные перемещения в плоскости, перпендикулярной оси индентора со скоростью 5,35 см/с. Глубину канавки после определенного числа циклов перемещений образца измеряли с помощью профиломет-ра-профилографа с точностью 0,1 мкм. Число циклов (движений образца «вперед-назад») при исследовании температурной зависимости равнялось 5, а при определении износостойкости при комнатной температуре (20±2 С) варьировалось от 5 до 30.
Температурно-деформационные исследования проводили на специальном приборе для термомеханических испытаний на «свободных» пленках под действием постоянной нагрузки при постоянной скорости нагрева 0,5 С/мин. Образец в виде полоски размером 50x4 мм помещается в паз корпуса между планкой и корпусом и фиксируется в центре. Один конец образца обязательно закрепляется в лабораторном приборе, снабженном измерительным микроскопом и к свободному концу подвешивается груз массой 100 и 200 г, создающий растягивающее напряжение. Он составляет 4-10% от величины разрушающей нагрузки. Груз действует на образец постоянно и при каждой температуре измеряется линейный показатель образца AL = L-LQ, где L- длина образца при действии груза, LQ- начальный показатель когда на образец не действует груз. Наблюдения ведутся с помощью оптического микроскопа, объектив которого проходит через отверстие в кожухе над смотровым стеклом. Измерения проводятся окуляр-микросокпом. Перед каждым измерением длины образца совмещается точка пересечения прямых, находящаяся в объективе микроскопа, с выбранной для наблюдения меткой на образце. По полученным данным строили график зависимости относительной деформации образца от температуры.
Метод динамическо-механического анализа. Динамическо-механический анализ проводили с помощью многофункционального анализатора динамического механического анализа DMA 242С, фирма "NETZSCH", Германия.
Динамическо-механический анализатор (ДМА) позволяет количественно определить механические характеристики при осциллирующей нагрузке в зависимости от температуры, времени и частоты. Структурные преобразования (стеклование, побочные релаксации, сшивания полимера и т.п.) проявляются сильными изменениями в термических и механических свойствах, которые могут быть исследованы с помощью ДМА.
Динамическо-механический анализ позволяет получить информацию о рабочих температурных диапазонах для применения и обработки, о конструкционных данных о жесткости и демпфировании (значения модуля и декремента затухания);
Температурный интервал от -170 С до 600 С. Динамические, изотермические и ступенчатые температурные программы позволяют подобрать подходящую и гибкую схему исследований в зависимости от особенностей решаемой задачи.
Исследование структуры фторопластовых покрытий методом ИК-спектроскопии
Представляло интерес определить влияние добавок на структуру покрытий, и, в частности, выяснить, однотипна ли структура полимерной композиции в массе и поверхностных слоях. С этой целью провели исследования методами ИК-спектроскопии на просвет и МНПВО.
При исследовании структуры были проведены две серии опытов: с помощью ИК-Фурье спектрометра Spectram One фирмы Perkin-Elmer на приставке Universal ATR, а также с помощью ИК Фурье спектрометра Eq. 55S фирмы BRUKER с применением приставки "на отражение - поглощение Reflection Absorption" для повышения чувствительности приборов.
В первой и второй серии испытывали следующую группу образцов: №1 - исходный фторопласт 4-МБ, №2 -Фторопласт-4МБ + ТіОг, №3 - Фторопласт-4МБ + BN, №4-фторопласт-4МБ + M0S2. Содержание модификатора в композиции варьировали от 0,05 масс.ч. до Юмасс.ч.
В характерных спектрах образцов на просвет (рисунок 13) наблюдаются неинтенсивные полосы поглощения, которые обычно относят к колебаниям в аморфной фазе, дефектам, обертонам и комбинационным полосам. Эти частоты и их отнесения приведены в таблице 15. Из сравнения представленных спектров исследуемых образцов видно, что в спектрах образцов с введенными добавками меняется соотношение полос: 1448 и 1415см , 1879 и 1854см"1: в первом случае наблюдается увеличение интенсивности полосы 1415см 1, во втором - уменьшение 1854см 1. Расчет относительных интенсивностей первой пары полос (таблица 16) показал, что они увеличиваются для обеих полос, но для полосы 1415см несколько больше. Для образца №2 эта величина несколько выше, чем для образца №3.
Эти различия, проявившиеся и во второй серии опытов, на наш взгляд, свидетельствуют о конформационных разупорядоченностях цепей политетрафторэтилена при внешних воздействиях (температурный фактор), а также при введении различных наполнителей.
По-видимому, введение добавок приводит к увеличению содержания аморфной фазы, т.е. уменьшению степени упорядоченности.
Зависимости изменения соотношения кристаллической и аморфной фазы в композициях представлены на рисунке 8, где соотношение интенсивностей полос поглощения, соответствующие волновым числам 078 Д 2365 и характеризующие аморфизацию композиций при модификации, представлены в виде графиков.
Спектры, снятые методом МНПВО (рисунок 15), одинаковы для всех исследуемых образцов: наиболее интенсивные полосы поглощения наблюдаются в области 1200 и 1150см"1, 980 и 750см-1.
Полученные данные можно интерпретировать следующим образом: - введение выбранных добавок приводит к некоторому снижению содержания кристаллической фазы в модифицированных покрытиях, что должно обеспечить более высокую адгезионную прочность и физико-механические показатели по сравнению с исходным фторопластом из-за понижения уровня внутренних напряжений, возникающих при кристаллизации; структура очень тонких (менее 1 мкм) поверхностных слоев в модифицированных покрытиях остается аналогичной немодифицированным образцам, что обеспечивает антиадгезионные характеристики покрытия к продукту на уровне исходного фторопласта. Отсутствие модификаторов в поверхностном слое можно объяснить более медленным перемещением немодифицированного полимера в электростатическом поле при формировании покрытия на подложке.
Данные, полученные методом электронной сканирующей микроскопии, а также методом ИК-спектроскопии позволили предположить механизм формирования покрытий.
Исследование температурно - деформационных характеристик фторопластовых покрытий
Одним из наиболее весомых критериев при определении рейтинга инновационных проектов в пищевой промышленности становится, наряду с обязательными технико-экономическими показателями, характеристика безопасности продуктов питания. В этой связи озабоченность технологов вызывают такие аспекты использования пищевых смазок, которые ранее не попадали в число значимых.
Так, в процессе выпечки смазывающие материалы, не контактирующие с тестовой за-готовкой, выгорают и накапливают продукты сгорания на поверхности оснастки. Это требует регулярной очистки оснастки, а также приводит к загрязнению хлебобулочных изделий вкраплениями продуктов сгорания, ухудшению качества продукции, потере товарного вида и снижению ее привлекательности для потребителя. Кроме того, при продолжительном нагревании жиров до температуры свыше 250 С происходит образование первичных продуктов распада: акролеина, свободных жирных кислот и кетенов. Дальнейшее нагревание может приводить к пиролизу жиров и полимеризации кетенов. В результате протекания указанных сложных многоступенчатых химических реакций возможно образование многоядерных ароматических соединений, обладающих канцерогенным эффектом, т.е. способностью провоцировать онкологические заболевания.
Поскольку хлеб и хлебопродукты потребляют все без исключения социальные и возрастные группы населения, повышение его безопасности - не только отраслевая, но и важнейшая медико-биологическая и социально-экономическая задача. Для эффективного решения ее на каждом этапе развития материально-технической базы хлебопекарного производства и научных знаний в области биотехнологии следует отыскивать адекватные подходы. К последним можно отнести способы создания полимерных покрытий, являю щихся стационарным разделительным слоем. Они исключают использование пищевых смазок и соответственно образование нежелательных побочных продуктов.
В настоящее время по ряду причин социального и экологического характера уделяется большое внимание созданию технологий и ассортимента хлебобулочных изделий лечебно-профилактического и функционального назначения. В этой связи усиливается значение антипригарных покрытий как фактора повышения безопасности самого массового продукта питания.
Для работы на высокотемпературных агрегатах непрерывного действия, особенно при наличии «горячих простоев» - многократного прохождения люлек с формами, не загруженными тестовыми заготовками, через высокотемпературную зону, необходимы покрытия нового поколения, так как жесткие условия приводят к быстрому «выгоранию» всех ранее известных типов покрытий. В рамках этой главы мы проведем анализ некоторых термостойких пленкообразующих, способов нанесения и способов регулирования свойств покрытий.
Термостойкость полимеров - это способность их противостоять действию высоких температур, а также влиянию кислорода и других химических агентов при высоких температурах. Термостойкость определяется не только химическим составом полимера, а главным образом строением звена и всей макромолекулы. Известно, что повышению теплостойкости способствуют все факторы, снижающие подвижность полимерных цепей: наличие громоздких боковых групп, сильное межмолекулярное взаимодействие, кристалличность, поперечные связи, циклы в полимерных цепях [ 8 ].
Исторически первыми термостойкими полимерами, получившими применение в технике, были полиорганосилоксаны. Уже в 1937 г. Андрианов К.А. показал практическую ценность и выдающиеся термостойкие свойства этого важного класса полимеров. Вскоре появились полимеры фторированньк олефинов, которые приобрели техническое значение как термостойкие полимеры специального, более узкого назначения.
При термическом воздействии на полимерную пленку независимо от того, исходит это воздействие от подложки или с внешней стороны, возможно протекание обратимых и необратимых процессов. Первые связаны с ослаблением межмолекулярного взаимодействия в полимере и характеризуют теплостойкость, вторые - разрывом химических связей; они отражают термостойкость. Склонность полимеров к необратимым химическим изменениям связана с энергией их химических связей. Наиболее высокие значения энергии диссоциации характерны для связей C-F 486 кДж/моль, В-0 475 кДж/моль, Si-0 446 кДж/моль (против 250-295 кДж/моль для связи С-С). Не случайно фторопласты, бор-, кремний- и другие элементоорганические полимеры относятся к числу наиболее термостойких [ 9 ].
Преобладающее число лакокрасочных покрытий обладает ограниченной термостойкостью. Наиболее термостойкими являются покрытия из кремнийорганических, фторопластовых, полиимидных, органосиликатных материалов, а также полибутилтитанатов. Так, покрытия из эмали КО-810 способны выдерживать без изменения свойств нагревание при 350С в течение 1000 ч, из эмали КО- 813 ( с алюминиевой пудрой) при 500 С - 3 ч, из полиимидного (ПАК-1) и фторопластового (ФП-561) лаков при 300С -6 ч. Полибутилти-танатные покрытия, пигментированные алюминиевой пудрой, устойчивы при длительном нагревании на воздухе при 450-500 С, а наполненные цинковой пылью - при 600-700 С [ 9]. Рассмотрим различные полимеры, представляющие интерес как термостойкие пленкообразующие материалы.
