ЛЕГКО- ТА САМООЧИСНІ КАЛЬЦІЙБОРОСИЛІКАТНІ СКЛОКОМПОЗИЦІЙН1 ПОКРИТТЯ ДЛЯ ПОБУТОВОГО НАГРІВАЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету дослідження, визначено шляхи її досягнення, об’єкт, предмет і методи дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

Перший розділ присвячено аналізу науково-технічної й патентної літератури з питань класифікації матеріалів, які застосовуються при виробництві побутової нагрівальної техніки. Розглянуто основні характеристики цих матеріалів, вказано їх переваги і недоліки. Показана перспективність застосування емальованої маловуглецевої стали для виробництва нагрівальної побутової техніки, а також перспективність використання склоемалевих покриттів із спеціальними властивостями. Проаналізовано механізми, за якими досягається легке очищення та самоочищення таких покриттів у випадку контакту їх з харчовими забрудненнями при підвищених температурах. Наведено склади основних відомих легкоочисних, піролітичних і каталітичних емалей і склоемалевих покриттів на їх основі, вказані основні експлуатаційні й технологічні властивості таких покриттів.

У другому розділі обґрунтовано вибір напрямку і методики досліджень властивостей легкоочисних склоемалевих покриттів. Відзначено, що композиція для отримання легко- та самоочисних склопокриттів повинна забезпечувати наступні їх характеристики: знижену поверхневу енергію, яка забезпечить низьку адгезію харчових забруднень до поверхні склопокриття, високу хімічну стійкість та термостійкість, а також здатність до каталітичного розкладання вказаних забруднень. Властивості таких покриттів забезпечуватимуть як скломатриця, так і кристалічна фаза, призначення якої головним чином полягатиме у наданні покриттю здатності до каталітичного руйнування органічних забруднень, а також твердості та значної хімічної стійкості покриття.

Фазовий склад та структуру покриттів після випалу визначали з використанням РФА на дифрактометрі рентгенівському ДРОН-3М. Вивчення процесів, які мають місце при випалі експериментальних фрит та композицій, здійснювали за допомогою ДТА на дериватографі системи Паулік-Паулік-Ердей. Плавкісні характеристики визначали на приладі конструкції ЮРГТУ (НПИ) та за методом К.П. Азарова. Хімічну стійкість визначали за ДСТУ EN 14483-1:2007 дією 10 %-го розчину лимонної кислоти на покриття. Здатність до самоочищення покриттів здійснювали визначенням втрати маси рослинної олії при нагріві 20 – 250 °С (метод П. Денні) та за стандартом ДСТУ ISO 8291:2005, легкість очищення – за тестом «Plum jam» (видалення пригорілих харчових продуків), шорсткість покриттів, зокрема середнє арифметичне абсолютних значень відхилень профілю в межах базової довжини R_a та суму середніх абсолютних значень висот п’яти найбільших виступів профілю та глибин п’яти найбільших впадин профілю в межах базової лінії R_z, – на профілометрі-профілографі Surtronic 3+ за стандартом ГОСТ 19300-86. Визначення водопоглинання та відкритої поруватості каталітичних склопокриттів проводили за методом насичення рідиною й наступним гідростатичним зважуванням згідно з ГОСТ 2409 – 95 (ISO 5017 – 88).

Розрахунки в’язкості стекол здійснювали за моделлю Флуджела як найбільш адекватною в широкому інтервалі температур та складів, що було встановлено шляхом порівняння відомих методів. Вільну поверхневу енергію покриття визначали за методом Оуенса-Вендта-Кабле.

У третьому розділі наведено експериментальні дослідження, присвячені розробці основ технології одержання самоочисних покриттів та визначенню найбільш ефективних типів каталізаторів.

У зв’язку з розробкою композиції-основи самоочисних покриттів із здатністю до каталітичного розкладання харчових забруднень сформульовано комплекс критеріїв-вимог до склокомпонентів композиційного самоочисного покриття, з урахуванням якого та на базі аналізу складів і властивостей відомих силікатних емалей для нагрівальної побутової техніки обрана легкоплавка покривна лужноборосилікатна склоемаль як скломатриця таких покриттів.

Зроблено припущення, що однією з умов щодо створення ефективних самоочисних покриттів має бути використання комплексного каталітичного компоненту композицій, який містить два типи каталізаторів: розкладання та окиснення органічних сполук – складових харчових забруднень. Як каталізатор окиснення застосували манган (IV) оксид, а як каталізатори розкладання жирів – цеоліт NaA та воластоніт.

На основі обраних фрити – скломатриці та каталізаторів окиснення і розкладання створено 14 композицій із вмістом, мас.ч.: фрита 100, каталізатори 5 – 40. З них виготовляли шлікери, що містили додатково, мас.ч.: Часів-Ярську глину Ч0 5,0; натрій нітрит 0,5; матуючий агент – технічний глинозем Г0 5,0; вода 50, – які наносили на випалений шар лугоалюмоборосилікатного ґрунтового склоемалевого покриття, піддавали сушінню при температурі 120 °С з наступним випалом при температурах 660, 700 і 740 °С, які було обрано з урахуванням значень плавкісних характеристик фрити.