Антипригарные покрытия для пищевых технологий на основе фторопластовых композиций, страница 2

Выпущены опытно – промышленные партии хлебобулочных изделий на предприятиях ЗАО «Кубаньхлебпром». Результаты опытнопромышленных испытаний антипригарных покрытий для хлебопекарных форм подтверждены актами о выпуске опытно – промышленной партии хлебобулочных изделий на хлебозаводах №2 и №5 ЗАО «Кубаньхлебпром».Апробация работы: основные результаты и отдельные положения работыпредставлялись на научно-технических конференциях «Технологии живых систем»(Москва, МГУПБ, 2002, 2004г.); IV Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2003г.).Результаты работы демонстрировались на выставках: «Ярмарка инновационныхпроектов» в рамках I и II Международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2001, 2002 г.г.); «Смотр качества хлеба и хлебобулочных изделий» в Государственной хлебной инспекции по Краснодарскому краю 11 апреля 2002 г.; на выставках в рамках Международной научно-технической конференции «Пища.

Экология. Человек» (МГУПБ, 1995, 1997, 1999, 2001, 2002, 2003 г.г.).Разработка отмечена медалями и дипломами:• Дипломом международной научно-технической конференции «Пища. Экология.Человек» за разработку антиадгезионных полимерных покрытий, 4-6 декабря 1995г.,г. Москва.• Дипломом Второй международной научно-технической конференции «Пища.Экология. Человек» за достижения в научно-производственной деятельности в области переработки сельхозсырья, 28-30 октября 1997г, г. Москва.• Золотой медалью Третьей международной научно-технической конференции«Пища.

Экология. Человек» за разработку и освоение антиадгезионных покрытиймногооборотных инвентарных форм для хлебопекарной промышленности, 2-3 июня1999г, г. Москва.• Дипломом Научно-технической конференции «Технологии живых систем» заучастие в выставке и проект «Теоретическое обоснование и разработка антипригарных покрытий для перфорированных листов, профилей и форм, обеспечивающих7канцерогеннуюбезопасностьхлебобулочных изделий общего испециального назначения», 2002г.• Серебряной медалью «Первого международного салона инноваций и инвестиций» за разработку «Антиадгезионные полимерные покрытия», 7-10 февраля 2001г,г. Москва, ВВЦ.• Дипломом Четвертой международной научно-технической конференции «Пища.Экология.

Человек» за разработку и промышленное освоение полимерных покрытийдля защиты крупногабаритной и многооборотной тары пищевых производств, 18-19декабря 2001г, г. Москва.Публикации. Основные результаты работы нашли отражение в 11 статьях внаучных журналах и в 6 тезисах докладов в сборниках материалов конференций, апрактическая значимость подтверждена патентом RU №2256681 от 20.07.2005г.Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованных литературных источников, содержащего 170 наименований и 4 приложений. Объем основного текста диссертациисодержит 146 страниц машинописного текста, 21 таблицу, 22 рисунка.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы.

Показана целесообразность применения порошкового фторопласта в качестве основы при создании антиадгезионных термостойких покрытий, предназначенных для защиты рабочих поверхностейтехнологического оборудования и тары в пищевой промышленности. Сформулирована цель настоящей работы, а также требования к покрытиям данного назначения.В главе первой «Современное состояние и перспективы созданиятермостойких антиадгезионных покрытий нового поколения для пищевой промышленности» проведен обзор информации с использованием литературных и патентных источников.

Описаны наиболее термостойкие полимерные материалы, способынанесения полимерных покрытий, методы регулирования надмолекулярной структуры полимерных покрытий. Сравнительный анализ зарубежных и отечественныхкомпозиций и покрытий на их основе, являющихся аналогами разрабатываемых нами покрытий, позволил выявить их недостатки. Покрытия на основе кремнийорганических соединений и суспензионных фторопластов мало пригодны для условийвысокотемпературного хлебопекарного производства, особенно для агрегатов непрерывного действия большой единичной мощности и при неритмичной загрузкеформующей оснастки. Покрытия такого типа могут применяться только для антипригарной защиты оснастки агрегатов периодического действия.

Их применениеможет быть экономически целесообразно при достаточно мягких условиях эксплуатации. Из применяемых на практике полимерных материалов наиболее подходящим пленкообразующим для создания термостойких инертных покрытий, пригодных для использования в пищевой промышленности, является порошковый фторопласт – 4МБ (сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом). Однако, ввидуособенности молекулярного строения, фторопластовые покрытия обладают низкойадгезионной способностью в контакте с материалом оснастки.Анализ литературных и патентных данных по способам нанесения полимерных покрытий позволил выявить, что для получения равнотолщинного слоя на хлебопекарных формах и профилях сложной конфигурации наиболее целесообразноиспользовать пневмоэлектростатический способ.8Известныеспособынаправленногорегулированиянадмолекулярных структур полимеров осуществляются физическими и химическими методами, в том числе введением органических и неорганических модификаторов.

Показано, что наиболее перспективным вариантом модификации полимеров,получившим широкое применение, как в отечественной, так и зарубежной практике,является добавление в полимер модификаторов. При данном способе модификациии правильном выборе температурно-временных режимов формирования покрытийможно достичь улучшенных эксплуатационных характеристик. При создании антиадгезионных покрытий необходимо стремиться к направленному регулированию ихадгезионных свойств - минимальной адгезии к продукту и максимальной - к металлическим формам.В главе второй «Объекты и методы исследования» обоснован выбор исходного полимерного материала и модификаторов, определены объекты и методы исследования, описаны способы приготовления композиций и методики приготовления образцов.В качестве базового полимера использован порошковый фторопласт марки4МБ.

В качестве модифицирующих добавок использовали следующие компоненты:нитрид бора, оксид хрома, двуокись титана, дифенилсиландиол (ДФСД), дисульфидмолибдена. В качестве объектов исследования были выбраны композиции, содержащие вышеуказанные модифицирующие добавки в количестве от 0,05 до 10масс.ч. на 100 масс. ч. фторопласта-4 МБ. Размер частиц фторопласта составлял от0,1 – до 60 мкм, частиц модификаторов - от 1 – до 3 мкм.Приготовление композиций производили способом сухого смешения с использованием смесителя типа «шаровая мельница».

В мельницу загружали компоненты ввыбранном соотношении, с последующим их смешением и измельчением до заданного фракционного состава (40 – 80 мкм) и необходимой степени гомогенности. Перемешивание порошка с введенными компонентами осуществляли в течение 40 мин.при частоте вращения 20-30 об/мин.Для изготовления всех образцов нанесение композиций осуществлялось способом электростатического распыления порошка при рабочем напряжении на электродах 40-60 кВ.Для исследования адгезионной прочности по методу грибков фторопластовуюкомпозицию 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 контактбез давления), и выдерживали при различной температуре (от 290 до 3700С), и различном времени контакта (от 2 до 6 часов).

Площадь контакта составляла 3 см2.Для исследования покрытий их формировали на алюминиевой фольге, а затемотделяли от подложки. Алюминиевую пластинку оборачивали алюминиевой фольгой толщиной 50-70 мкм; поверхность фольги обезжиривали ацетоном. После нанесения композиции пластины подвергали термообработке в условиях, при которыхкомпозиции проявляли максимальное адгезионное взаимодействие с алюминием - втечение 3,5÷4,5 часов при температуре 340-3600С, с последующим естественнымохлаждением до комнатной температуры. Затем участок фольги с полученным покрытием выдерживали в растворе соляной кислоты до полного растворения алюминия.9Дляполученияобразцовпокрытий на подложке композициинаносили на алюминиевые пластины толщиной 1,5 мм (хлебные формы) после соответствующей обработки поверхности (дробеструйной обработки, обдува сжатымвоздухом и обезжиривания).

Режим термообработки - тот же, что и при получении«свободных» пленок.• Для оценки прочностных свойств покрытий на основе фторопласта 4-МБ былииспользованы методы измерения разрушающего напряжения при растяжении, относительного удлинения при разрыве. Испытания проводили на пленках, сформированных в режиме нанесения покрытий и затем снятых с подложки («свободных»пленках), на разрывной машине фирмы «Инстрон» модели ТМ-SM.• Шероховатость покрытий оценивали на профилографе-профилометре по ГОСТ2789-73 с использованием высотных и шаговых параметров.

Высотные параметрыпозволяют судить о средней и наибольшей высоте неровностей, шаговые – о взаимном расположении характерных точек (вершин) неровностей.• Износостойкость покрытий определяли на установке, разработанной НИИ НПО«Спектр» и ИФХ РАН, в интервале температур от 200 до 1500С. Испытания проводились на покрытиях, нанесенных на алюминиевые пластины. Износостойкость определяли по глубине канавки в мкм, созданной индентором в покрытии.• Исследования температурно-деформационных характеристик фторопластовыхпокрытий проводили на специальном приборе для термомеханических испытанийна «свободных» пленках под действием постоянной нагрузки – 100 и 200 г при постоянной скорости нагрева 0,5 оС/мин.• Динамическо-механический анализ проводили с помощью многофункционального анализатора динамического механического анализа DMA 242C, фирма«NETZSCH», Германия.Структурно-морфологические исследования покрытий на основе фторопластовых композиций проводили:- методом электронно-зондового микроанализа на сканирующем электронном микроскопе "JSM" с рентгеновским микроанализатором KEVEX-711, с определениемэлементного состава и компьютерной обработкой спектров характеристическогорентгеновского излучения на образцах в виде свободных пленок и покрытий наподложке;- методом ИК-спектроскопии на ИК–Фурье спектрометре, модель EQUINOX 55,фирма «Bruker», Германия.

Спектральный диапазон прибора – 7500-50 см-1. Спектроскопическое программное обеспечение прибора – пакет аналитических программOPUS/IR, а также на ИК – Фурье спектрометре Spectrum One фирмы «Perkin-Elmer»с использованием приставки Universal ATR. При исследовании образцов были использованы стандартная методика «на просвет» и метод многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).- методом дифференциально-термического анализа (ДТА) с использованием дериватографа фирмы «МОМ» (Венгрия) марки ОД-102 при скоростях нагрева 5 и 10оС/мин.В качестве интегрального критерия оценки уровня качества разработанныхнами антиадгезионных покрытий были проведены эксплуатационные испытания вусловиях промышленного производства (на хлебозаводах №2 и №5 ЗАО «Кубаньхлебпром», г.