Доманцевич Ніна Іванівна. Методологічні підходи до формування та оцінювання якості інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів для захисту виробів із металів

brief description

Доманцевич Ніна Іванівна. Методологічні підходи до формування та оцінювання якості інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів для захисту виробів із металів : Дис... д-ра наук: 05.19.08 2007

Доманцевич Н.І. Методологічні підходи до формування та оцінювання якості інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів для захисту виробів із металів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.19.08 товарознавство промислових товарів. Київський національний торговельно-економічний університет, Київ, 2007.
У дисертації сформульовані основні методологічні підходи до формування та оцінювання якості інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів на основі термопластичних полімерів, трансформаторних масел, мастил та порошкових фторопластових покриттів, модифікованих інгібіторами корозії, пластифікаторами та наповнювачами. Запропоновано узагальнену номенклатуру показників якості консерваційно-пакувальних матеріалів. Встановлено вплив технологічних чинників формування та процесу старіння на якість розроблених консерваційно-пакувальних матеріалів. Узагальнені результати комплексних досліджень фізико-хімічних властивостей полімерних матеріалів, визначено характер впливу компонентів на часові характеристики структурних змін та фізико-хімічних властивостей модифікованих полімерних матеріалів, проведено дослідження та теоретично обґрунтовано зміни електропровідних властивостей композитів. Досліджено особливості структуроутворення полімерних систем при введенні до їх складу модифікувальних компонентів, що дозволило поєднати процес формування консерваційно-пакувальних матеріалів з отриманням відповідних захисних властивостей. Встановлено тенденції змін споживних властивостей консерваційно-пакувальних матеріалів в умовах довготривалої експлуатації на основі дослідження молекулярної та надмолекулярної структури. Досліджено захисну здатність інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів у різних умовах транспортування та зберігання виробів із металів.
Проведено комплексну товарознавчу оцінку консерваційно-пакувальних матеріалів, що дозволило розробити науково обґрунтований підхід до встановлення гарантійних термінів захисту широкої номенклатури полімерних захисних матеріалів, залежно від умов їх експлуатації. Розроблено та затверджено нормативну документацію на модифіковані полімерні матеріали, здійснено впровадження запропонованих консерваційно-пакувальних матеріалів.

1. На основі модельного прогнозування захисної здатності інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів запропоновано нове вирішення науково-технічної проблеми формування та оцінювання якості інгібіторомістких матеріалів для захисту виробів із металів, розроблено наукові засади та уніфіковані методологічні підходи до проведення технологічних процесів з їх консервації та зберігання. З урахуванням фізико-хімічних та експлуатаційних чинників, які формують якість полімерного модифікованого матеріалу, запропоновано інгібітори, пластифікатори, наповнювачі, оптимальні для антикорозійного захисту модифікованими консерваційно-пакувальними матеріалами.
2. Розроблено науково обґрунтовану узагальнену структуру показників споживних властивостей консерваційно-пакувальних матеріалів, яка враховує особливості кожного із окремих класів матеріалів захисту і є основою при проведенні оцінювання якості.
3. Встановлено характер фізико-хімічної взаємодії модифікувальних додатків (інгібіторів, пластифікаторів, наповнювачів) та їх спільного впливу на консерваційно-пакувальний матеріал, вивчено характер змін у структурі полімерного матеріалу. Доведена доцільність використання модифікаторів для отримання полімерного матеріалу із визначеними споживними властивостями (захисна дія, питомий опір, термостійкість та ін.). Встановлено, що отриманий ефект від використання кожного із модифікаторів залежить від його кількісного вмісту у складі полімерної матриці, хімічного складу, умов навколишнього середовища та характеру взаємодії з поверхнею металовиробу.
4. Визначено умови отримання полімерних матеріалів із прогнозованими експлуатаційними характеристиками в процесі екструзії полімерної плівки або шляхом формування полімерної композиції з наступним нанесенням на поверхню металовиробу, що підлягає захисту. Теоретично та експериментально підтверджена можливість довготривалого складського зберігання металовиробів під час використання поліетиленових плівок, модифікованих інгібіторами на основі амінів і пластифікаторами на основі фталатів та себацинатів. Показано, що оптимальний вміст інгібіторів ДЦГАБ, ЦГАБ у складі полімерної матриці становить від 0,5 до 7,0 ваг. %.
5. Підвищення бар’єрних властивостей інгібіторомістких полімерних матеріалів протягом першого року використання пов’язується із зростанням кристалічності полімерної матриці, а зниження захисних функцій з активізацією деструкційних процесів на межі аморфна кристалічна фаза. За допомогою електронно-мікроскопічних та фізико-хімічних досліджень встановлено, що пластифікація фталатами (ДОФ, ДБФ, ДЕГФ) та себацинатами (ДОС, ДБС) поліетиленових плівок, які містять інгібітори на основі амінів (НДА, ЦГАБ, ДЦГАБ), неодмінно приводить до стабілізації фізико-хімічних властивостей протягом тривалого періоду експлуатації (до 7 років і більше). На цій основі розроблено рецептуру захисних полімерних матеріалів і встановлені функціональні зв’язки технологічних умов їх виготовлення та складу.
6. Спектроскопічними та структурними дослідженнями доведено, що одночасна модифікація полімерного матеріалу інгібіторами та пластифікаторами дозволяє змінити загальний характер перебігу деструктивних процесів у бік їх сповільнення, створюючи умови для забезпечення споживних властивостей як самого матеріалу, так і упакованих металовиробів. Експериментально підтверджено, що під час формування плівки одночасне введення інгібітора на основі амінів та пластифікатора на основі фталатів стабілізує показники дифузійних характеристик захисного матеріалу (паропроникність плівок - ПЕНГ+ 0,5 ваг. % ДЦГАБ + 1,0 ваг. % ДБФ не перевищує 0,11 мг/м2спротягом 8 річного періоду експлуатації, а величина коефіцієнта киснепроникності не перевищує 1,195).
7. Встановлено характер еволюції природного старіння поліетиленового модифікованого матеріалу протягом 10 років. Наявність інгібітора приводить до зростання кристалічності та дефектності полімерної матриці, пластифікатора до аморфізації матеріалу з активним формуванням квазіаморфних утворень. Активізація структуроутворення у модифікованих плівках спостерігається протягом третього-п’ятого років експлуатації в умовах зберігання у закритих складських приміщеннях і може прискорюватися під впливом зовнішніх чинників (УФ-опромінення, нагрівання). У випадку відкритого зберігання процес структуроутворення супроводжується активною фотоокиснювальною деструкцією, розривом полімерних ланок та вимиванням інгібітора.
8. Процеси кристалізації структури інгібованої полімерної плівки протягом 3-го 5-го років експлуатації супроводжуються формуванням монокристалічних блоків з утворенням тріщин і щілин розміромl ~610-5м, локалізованих на межі аморфної та кристалічної фаз. Старіння плівок тривалістю понад 7 років характеризується активізацією процесів кристалізації, що охоплюють до 30% об’єму полімерної матриці з утворенням тонких голчатих кристалів, довжиноюl10-7м.
9. Запропоновано оптимальний варіант захисту поверхні металовиробів від корозії з урахуванням терміну та умов їх експлуатації з використанням різних видів консерваційно-пакувальних матеріалів, модифікованих відповідно до розроблених рецептур (мастил, масел, порошкових полімерних покриттів, полімерних плівок). Показано, що оптимальний термін захисту виробів із металів під час використання кожного із таких матеріалів становить від 1 до 7 років в умовах закритого складування. Найбільш ефективну початкову дію (за терміну захисту до 2 років) виявляє інгібітор ЦГАБ, а довготривалий захист поверхні забезпечується під час використання інгібітора ДЦГАБ. Під час модифікації поліетиленових плівок одночасно інгібітором ДЦГАБ та пластифікаторами (ДОС, ДОФ, ДЕГФ) осередкові показники корозії поверхні сталі протягом 3-х років залишаються практично незмінними, а в наступні 5 7 років швидкість корозійних процесів залишається низькою.
10. Під час вивчення стану захищених металевих поверхонь у процесі їх експлуатації встановлено переваги використання малих концентрацій інгібіторів корозії в мастилах та порошкових полімерних покриттях на основі фторопласту. Показано, що в разі консервації виробів із металів мастилами, що містять інгібітор корозії, стійкість сталі до атмосферних факторів підвищується у 5 разів, в разі захисту інгібованою та модифікованою (інгібітор + пластифікатор) плівкою вдвічі. При цьому найбільш ефективний захист на початкових етапах зберігання спостерігається за наявності інгібітора ЦГАБ у складі поліетиленової матриці, а довготривалий захист виявляє інгібітор ДЦГАБ. Використання невеликих додатків інгібіторів у порошкових композиціях на основі фторопласту дозволяє отримати надійне електроізоляційне покриття, яке здатне тривалий час (більше 10 000 год.) витримувати максимальні пробивні напруги Uпроб. макс.10 кВ. Розроблено метод оцінки якості покриттів за показниками електропровідності в умовах прискорених досліджень на довговічність у рідких агресивних середовищах. Встановлено залежність питомого опору від технологічних параметрів отримання, структури, ступеня кристалічності та орієнтації кристалітів. З використанням перколяційної моделі і теорії Флорі теоретично обґрунтовані явища переносу в композиційних полімерних системах у широкому температурному діапазоні.
11. Розроблено схему модельного взаємозв’язку етапів оцінювання якості інгібіторомістких консерваційно-пакувальних матеріалів, яка дозволила системно поєднати усі етапи життєвого циклу продукції та кількісно оцінити ступінь змін на кожному із етапів.
12. Розроблено модель експертного оцінювання ефективності захисної дії модифікованих полімерних матеріалів з використанням узагальненого показника якості та визначено терміни їх використання зі збереженням споживних властивостей виробів із металів. Показано, що особливостями часової залежності узагальненого показника якості D інгібованих полімерних матеріалу є зростання величин показника протягом першого року експлуатації, що пов’язано зі збільшенням ступеня кристалічності та зменшенням показників проникності. В разі подовження терміну експлуатації показник якості знижується під впливом деструкційних змін у матеріалі, які викликають зростання активності дифузійних процесів через матрицю. Встановлено, що виключення етапу пакування може приводити до погіршення загальної якості продукції до 60-80% від номінального рівня за терміну складського зберігання до 1,5 року та зменшення загального терміну життєвого циклу виробів із металів.
13. З метою визначення кількісних характеристик планів вибіркового приймального відбору зразків продукції для встановлення значень споживних властивостей консерваційно-пакувальних матеріалів застосовано методику з використанням пакетів обробки інформації, аналізу і статистики SPSS 12, Maple 8 та Mathcad. Розраховано величини операційних характеристик із використанням біномінального та пуассонівського розподілу. Встановлено параметри вибірки в межах 7 12 на 100 погонних метрів продукції.
14. Визначено номенклатуру показників споживних властивостей для окремих консерваційно-пакувальних матеріалів (знімних інгібованих полімерних покриттів, інгібованих полімерних плівок, мастил та масел) та розраховано коефіцієнти їх вагомості. Здійснено порівняльну комплексну оцінку якості консерваційно-пакувальних матеріалів і встановлено їх перевагу порівняно із вихідними матеріалами. Комплексний показник якості для знімних покриттів ПЕВТ + 0,5 % ДЦГАБ складає 0,74; для інгібованих полімерних плівок ПЕВТ + 1,0 % ДЦГАБ 0,70; для мастил ВТВ-1 + 5 ваг. % ДЦГАБ 0,70.
15. Результати дисертації впроваджені на заводі з переробки полімерних матеріалів ТОВ Жостер”, НВО Термоприлад”, Торговому домі Галпідшипник” і прийняті до впровадження Асоціацією виробників та споживачів тари і упакування України.