Антипригарные покрытия для пищевых технологий на основе фторопластовых композиций

На правах рукописиГУБАНОВАМАРИНА ИВАНОВНААНТИПРИГАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПИЩЕВЫХТЕХНОЛОГИЙ НА ОСНОВЕ ФТОРОПЛАСТОВЫХКОМПОЗИЦИЙСпециальность 05.17.06 - Технология и переработка полимерови композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 20072РаботавыполненавМосковскомгосударственномуниверситете прикладной биотехнологии на кафедре Технологии упаковки и переработки ВМС.Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентАнаньев Владимир ВладимировичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорВласов Станислав Васильевичкандидат химических наук,Герасимов Владимир КонстантиновичВедущая организация:ОАО «Институт пластмассимени Г.С.

Петрова»Защита состоится 28 мая 2007 года в 15 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.120.07в Московской государственной академии тонкой химическойтехнологии имени М.В. Ломоносова (МИТХТ) по адресу : Москва, ул. М. Пироговская,1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова.Отзывы на автореферат направлять по адресу: 119571, Москва, пр. Вернандского, 86, МИТХТ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан 27 апреля 2007 г.Автореферат размещен на сайте www.mitht.ru 28 апреля 2007г.Ученый секретарь Диссертационного советаДоктор физико-математических наук, профессорВ.В. Шевелев3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

Одним из наиболее весомых критериев в пищевойпромышленности становится, наряду с обязательными технико-экономическими показателями, характеристика безопасности продуктов питания. В этой связи озабоченность технологов вызывают проблемы создания и практического использованиявеществ, обеспечивающих разделительный эффект на границе раздела пищевойпродукт – поверхность технологической оснастки. Наиболее остро эта проблемастоит в хлебопекарной промышленности.В процессе выпечки смазывающие материалы, не контактирующие с тестовойзаготовкой, выгорают и накапливают продукты сгорания на поверхности оснастки,дальнейшее нагревание которых может приводить к протеканию сложных многоступенчатых химических реакций, в результате которых возможно образованиемногоядерных ароматических соединений, обладающих канцерогенным эффектом.При использовании полимерных покрытий, являющихся стационарным разделительным слоем, исключается применение пищевых смазок и, соответственно, образование нежелательных побочных продуктов.В настоящее время сложность создания разделительных покрытий пищевогоназначения обусловлена ограниченным выбором полимерных материалов, пригодных для покрытий, контактирующих с продуктами питания, и одновременно обладающих высокой термостойкостью, а также низкой поверхностной энергией, ответственной за уровень адгезионного взаимодействия с пищевыми средами.

Широкоизвестные на сегодняшний день покрытия для хлебопекарной промышленности наоснове суспензионного фторопласта и кремнийорганических соединений предназначены, в основном, для эксплуатации в щадящих условиях: на агрегатах малой исредней мощности периодического типа, в режиме, исключающем горячие простоии термоудары. Они не рассчитаны на условия промышленной эксплуатации отечественных высокопроизводительных агрегатов непрерывного действия, в том числе снеполной и неритмичной загрузкой. Для работы на высокотемпературных агрегатахнепрерывного действия, особенно при наличии «горячих простоев», необходимыпокрытия нового поколения, так как жесткие условия приводят к быстрому «выгоранию» ранее известных типов покрытий.

Одним из наиболее перспективных и современных подходов к созданию покрытий нового типа является применение порошковых фторопластов. Использование порошковых материалов является экологически благоприятным, позволяя создавать практически безотходные производства сиспользованием высокопроизводительных методов. Благодаря технологичности порошковых материалов возможно формирование равнотолщинных покрытий на поверхностях сложной конфигурации, в том числе перфорированных.Однако фторопласты являются малоизученными материалами и многие технологически важные вопросы получения полимерных покрытий на основе порошкового фторопласта до сих пор не были рассмотрены должным образом.

В даннойработе представлены исследования по разработке порошковых фторопластовых покрытий, которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности, гдетребуются экологически безопасные и биологически инертные покрытия, обеспечивающие стабильный разделительный эффект, термостойкие, сохраняющие работоспособность при знакопеременных температурах, обладающие высоким уровнем4физико-механическихэксплуатацию покрытий.свойств,обеспечивающихдлительнуюЦель работы: разработка модифицированных полимерных композиций наоснове порошкового фторопласта для антиадгезионных термостойких покрытий, исследование свойств полученных покрытий, а также их апробация в условиях промышленного производства.В рамках поставленной цели решали следующие основные задачи:•обоснованный выбор полимерной матрицы и модифицирующих добавокдля создания покрытия;•исследование зависимости свойств покрытия от состава и режимов формирования;•проведение структурного анализа модифицированных покрытий и выявление закономерности распределения в них модифицирующих добавок;•разработка технологии получения защитных покрытий на поверхноститехнологической тары применительно к условиям промышленного производства,включая температурно-временные режимы и параметры процесса нанесения;•апробация разработанных покрытий в условиях промышленного хлебопекарного производства.Научная новизна:- впервые обнаружено, что эффект «малых добавок», известный для модифицированных в расплаве полимеров, наблюдается и в пленочных материалах, сформированных из порошковых фторопластовых композиций, и заключается в существенном улучшении их физико-механических и адгезионных характеристик;- осуществлен практически и обоснован выбор наиболее эффективных добавок, сиспользованием математического анализа определена область их оптимальных концентраций в композициях;- предложен механизм формирования покрытий, заключающийся в образованиикомплексов «модификатор-фторопласт», образующихся на стадии сухого смешенияпорошковых композиций.

Компоненты комплекса связаны силами межмолекулярного взаимодействия, что затем, на стадии оплавления порошка снижает подвижность молекул фторопласта и препятствует его кристаллизации. Гомогенная аморфизированная структура покрытий является причиной снижения остаточных напряжений и улучшения комплекса физико-механических характеристик покрытий.- впервые изучено влияние количества модифицирующих добавок в порошковыхфторопластовых композициях на прочностные и адгезионные свойства покрытий;установлено, что при введении малых количеств модификаторов - от 0,05 до 1-2масс. ч. эксплуатационные свойства покрытий существенно улучшаются, но придальнейшем увеличении содержания модификатора характеристики начинаютухудшаться;- выявлена причина такого поведения покрытий на основе исследований ихструктуры микроскопическими и спектральными методами, при этом:- установлена высокая степень равномерности распределения модифицирующихдобавок в покрытиях, формирование аморфизованной бездефектной структуры полимера на металлической подложке, отсутствие модификаторов во внешнем слоепокрытия толщиной менее 1 мкм, хотя основная масса их при этом равномерно5распределена в объеме образца; этоявляетсяпричинойпроявленияантиадгезионных свойств по отношению к продукту и предположительно связано со слабой степенью поляризации немодифицированного фторопласта и,соответственно, более медленным перемещением его в электростатическом поле;- показано, что введение модифицирующих добавок увеличивает износостойкость покрытий в 1,5-2 раза, в том числе и при повышенных температурах;- определена область значений температур и времен оплавления фторопластовыхкомпозиций, обеспечивающих максимальное значение адгезионной прочности к металлу - нагрев в течение 3,5 – 4,5 часов при температуре от 340 до 360 оС;Практическая значимость:- созданы композиции покрытий на основе порошкового фторопласта с высокимиантиадгезионными и физико-механическими свойствами, стабильными в требуемыхусловиях эксплуатации (защищены патентом RU №2256681 от 20.07.2005г.);- предложены и методически обоснованы модифицирующие добавки и определены их количества, обеспечивающие высокие эксплуатационные характеристики покрытия в современных пищевых технологиях;- разработанные покрытия в промышленных условиях обеспечивают стабильныйразделительный эффект между рабочей поверхностью оснастки и обрабатываемымпродуктом в высокотемпературных процессах пищевых технологий без использования пищевых смазок (обычно растительных или животных жиров).

Использованиепредлагаемой разработки позволяет предотвратить загрязнение хлебобулочных изделий остаточными продуктами пиролиза растительного масла, используемого в качестве смазки при традиционной технологии. Кроме того, исключается миграция впроизводственную среду газообразных продуктов пиролиза масла, обеспечиваютсяэкономия пищевых ресурсов, сокращение энергозатрат и упрощение обслуживанияхлебопекарных агрегатов, улучшаются товарный вид и качество продукции, повышается рентабельность производства;- разработанные покрытия в промышленных условиях обеспечивают полное соответствие готовой продукции (хлебобулочные изделия) требованиям ГОСТ 27844 –88 по комплексу свойств. Полученные результаты свидетельствуют об их высокомразделительном эффекте, при этом антипригарная оснастка сохраняет его независимо от рецептурных компонентов, способов приготовления теста и дозировки различных видов закваски, т.е.

обеспечивает более стабильные параметры по сравнению с традиционной технологией;- при использовании форм с антипригарным покрытием годовой экономическийэффект (годовая экономия за вычетом затрат на нанесение покрытия) составит напримере линии РПА-П6-ХРМ производительностью 15,56 т/сут.:• при собственном производстве по нанесению покрытий на формы 573,85 тыс.руб. или 111,6 руб.

на тонну выпускаемой продукции (при сроке службы покрытия1 год); при сроке службы покрытия 0,5 года 526,1 тыс. руб. или 102,3 руб. на тоннувыпускаемой продукции;• при приобретении форм с покрытием у стороннего производителя 552,75 тыс.руб. или 107,6 руб. на тонну выпускаемой продукции (при сроке службы покрытия1 год). При сроке службы покрытия 0,5 года 484,25 тыс.

руб. или 94,2 руб. на тоннувыпускаемой продукции.6Приминимальномзначенииэкономического эффекта 94,2 руб. натонну выпускаемой продукции, экономический эффект в расчете на годовой объемпроизводства хлеба и хлебопродуктов составит 1 274 337 тысяч рублей.Реализация результатов работы:- разработана и утверждена технологическая документация на промышленноепроизводство - инструкция по приготовлению и нанесению антипригарного покрытия на основе порошка фторопласта-4МБ (сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом) на хлебопекарные формы; технологическая схема участка по нанесению порошковых покрытий на хлебопекарную оснастку; две технологические инструкции по производству хлеба с использованием оснастки с антипригарным покрытием: «Технологическая инструкция к ТУ 9113 –036 – 02067862 – 2001 по производству хлеба «Десертное ассорти» при использовании форм с антипригарнымпокрытием» и «Технологическая инструкция к ТУ 9114 - 011 - 020667862 – 2002 попроизводству хлеба «Майский» при использовании форм с антипригарным покрытием»;- проведены испытания оснастки с разработанными покрытиями в условияхпромышленного производства.