Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Український державний хіміко-технологічний університет
Маховська Ірина Анатоліївна
УДК 666.11.01+666.25
РОЗРОБКА СКЛАДІВ СТЕКОЛ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ГАРЯЧОГО ДЕКОРУВАННЯ СКЛОВИРОБІВ
05.17.11–Технологія тугоплавких неметалічних матеріалів
Автореферат
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ, 2006
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі хімічної технології кераміки та скла
Українського державного хіміко-технологічного університету
Міністерства освіти і науки, м. Дніпропетровськ
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Голеус Віктор Іванович,
Український державний хіміко-технологічний університет,
завідувач кафедрою хімічної технології кераміки і скла,
м. Дніпропетровськ
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Вахула Ярослав Іванович,
Національний університет “Львівська політехніка”,
професор кафедри технології силікатів,
м. Львів
доктор технічних наук, професор
Савін Лев Сергійович,
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури,
професор кафедри екології і охорони
навколишнього середовища,
м.Дніпропетровськ
Провідна установа: Національний технічний університет
“Харківський політехнічний інститут”, м. Харків
Захист відбудеться “ 26 “ жовтня 2006 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.08.078.02 в Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету, 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8.
Автореферат розісланий “ 20 “ вересня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізоаної вченої ради Мельников Б.І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В Україні та за її межами в повсякденному вжитку все більш широке розповсюдження набувають вироби з забарвленого художньо-декоративного скла. Зростаючий попит на вказані скловироби потребує впровадження такої технології виробництва декоративного скла, яка б гнучко реагувала на постійну зміну споживчого попиту на вироби визначеного забарвлення.
Вказане, як свідчить виробничий досвід деяких вітчизняних і закордонних виробництв, може бути досягнуте за рахунок використання у виробництві художньо-декоративних скловиробів порошково-випалювальної технології одержання накладних забарвлених покриттів. Ця технологія на відміну від традиційної технології накладного декорування передбачає нанесення на безбарвний напівфабрикат скловиробу (пульку) порошку забарвленого скла, який після оплавлення під час випалу утворює на поверхні скловиробу тонкий накладний шар кольорового скла.
На відміну від традиційної технології накладного декорування, яка орієнтована на масове виробництво скловиробів, забарвлених в один або два кольори, запропонована технологія дозволяє повною мірою вирішити проблему економічно ефективного розширення колірної гами виробів з забарвленого художньо-декоративного скла.
Однак, не зважаючи на перспективність вказаної технології, в Україні порошкові склофарби нині ще не виробляються, тому вітчизняні виробники вимушені використовувати високовартісні матеріали закордонного виробництва. Вказане стримує широке впровадження у вітчизняні виробництва порошкової технології одержання кольорових накладних покриттів та спонукає до розробки хімічних складів порошкових склофарб широкої колірної гами та уточнення технологічних параметрів одержання на їх основі накладних покриттів на виробах художньо-декоративного скла вітчизняного виробництва. Враховуючи це, тема дисертаційної роботи є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності до планів проведення науково-дослідних робіт кафедри хімічної технології кераміки та скла Українського державного хіміко-технологічного університету Міністерства освіти і науки України в рамках держбюджетної теми “Наукові основи розробки складів і технології отримання скловидних і склокристалічних покриттів на підкладинках різної природи”(№Д.Р.0102U001964) та господарчо-договірній темі №03020924 “Розробка складу та технології одержання кольорового накладного декоративного скла”.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення методів проектування складів боросилікатних стекол з заданим комплексом фізико-хімічних властивостей та розробка на їх основі забарвлених стекол для одержання накладних покриттів на художньо-декоративних скловиробах за порошково-випалювальною технологією.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:
–встановити технологічні особливості виробництва та основні вимоги до властивостей та хімічного складу стекол, які використовуються для одержання накладних покриттів на скловиробах;
–встановити найбільш загальні закономірності зміни властивостей багатокомпонентних боросилікатних стекол в залежності від їх хімічного складу і температури і розробити математичні моделі для їх розрахунку;
–виконати обгрунтований вибір оптимальних складів базових стекол для отримання за порошковою технологією накладних покриттів з різними декоративними ефектами;
–експериментально дослідити фізико-хімічні властивості базових стекол і визначити найбільш перспективні їх склади для виготовлення порошкових фарб;
–встановити закономірності зміни оптичних характеристик базових стекол від вмісту в їх складі різних забарвлюючих оксидів;
–розробити практичні склади порошкових склофарб для гарячого декорування скловиробів;
–здійснити виробничі випробування та впровадити порошкові склофарби у виробництво сортового та художньо-декоративного скла.
Об’єкт дослідження: багатокомпонентні боросилікатні стекла для накладних та інших функціональних покриттів.
Предмет дослідження: закономірності зміни властивостей стекол від їх хімічного складу і температури як основа розробки порошкових склофарб для отримання накладних покриттів на художньо-декоративних скловиробах за порошково-випалювальною технологією.
Методи дослідження. Розробка математичних моделей, які описують найбільш загальні закономірності зміни властивостей боросилікатних стекол від їх хімічного складу і температури, виконана експериментально-статистичними методами. Експериментальні дослідження властивостей стекол і покриттів виконані з використанням стандартних методик визначення властивостей стекол і засобів вимірювання (кварцевий дилатометр ДКВ-5А, компаратор кольору КЦ-3, визначення поверхневого натягу стекол методом ваги крапель, визначення показника заломлення імерсійним методом) та методів фізико-хімічного аналізу (РФА, ДТА). При дослідженні оптичних властивостей стекол використовували симплекс-решітчастий метод планування експериментів.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
–вперше експериментально-статистичним методом розроблені адекватні математичні моделі, які встановлюють найбільш загальний кількісний зв’язок між температурою, хімічним складом боросилікатних розплавів та їх властивостями (в’язкість, поверхневий натяг), які визначають температурний інтервал формування склопокриттів на підкладках з різних матеріалів;
–розроблені нові системи адитивних коефіцієнтів для розрахунку в залежності від хімічного складу ТКЛР та показника заломлення стекол, в яких вміст основних склоутворюючих (SiO, BO) та інших оксидів може змінюватись в більш широких межах, ніж це передбачене вже відомими системами;
–встановлені закономірності зміни температурного коефіцієнта поверхневого натягу склорозплавів від температури та вмісту в їх складі склоутворюючих оксидів (SiO, BO);
–встановлені оптимальні хімічні склади базових стекол для одержання за порошково-випалювальною технологією на художньо-декоративних скловиробах заглушених та прозорих накладних покриттів, забарвлення яких передбачається як іонними так і молекулярними барвниками;
–встановлені закономірності зміни оптичних характеристик кольорових накладних покриттів від вмісту в їх складі забарвлюючих оксидів;
–розроблені практичні склади склофарб для одержання за порошковою технологією різнокольорових прозорих та частково заглушених накладних покриттів.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблені системи парціальних вкладів встановлюють найбільш загальні закономірності зміни вказаних властивостей стекол від їх хімічного складу і температури та складають наукову основу до розробки хімічного складу накладних та інших функціональних склопокриттів з заданим температурним інтервалом формування та властивостями.
На основі здійснених досліджень розроблені склади та основні технологічні параметри виробництва порошкових фарб призначених для одержання накладних покриттів широкої колірної гами на художньо-декоративних скловиробах. Виробничі випробування порошкових фарб були здійснені в умовах ВТП “Фірма Старт” (м.Львів), де розроблені матеріали показали гарні технологічні та декоративні характеристики. Порошкові фарби прийняті до впровадження на ВТП “Фірма Старт” (м.Львів).
Особистий внесок здобувача полягає в здійсненні літературних і експериментальних досліджень, обробці і аналізі отриманних даних, формулюванні основних положень і висновків. Серед них систематизація літературних даних з проблеми дослідження і виконання їх математичного аналізу, варка стекол, одержання порошкових фарб і відповідних покриттів, здійснення виробничих випробувань.
Вклад співавторів спільних публікацій полягає в загальному науковому керівництві, обговоренні і підготовці результатів досліджень к опублікуванню.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на: Всеукраїнській науково-технічній конференції студентів і аспірантів “Химия и химическая технология”(м.Дніпропетровськ, 2002р.), міжнародній конференції студентів і аспірантів “Химия и современные технологии”(м.Дніпропетровськ, 2003, 2005 рр.), міжнародній науково-технічній конференції “Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов”(м.Мінськ, Білорусь, 2003 р.), науково-технічній конференції “Перспективные направления развития науки и технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов”(м.Дніпропетровськ, 2003 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” (м.Харків, 2005 р.).
Публікації. За темою дисертації опубліковані 11 робіт, у тому числі 3 статті у спеціалізованих фахових наукових журналах, 8 тез доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, семи розділів, загальних висновків, додатків, списка літератури, який налічує 143 джерела. Робота викладена на 162 сторінках машинописного тексту, містить 36 рисунків, 49 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі дане оцінювання сучасному стану проблеми і обгрунтована актуальність роботи, визначена мета і основні завдання, вирішення яких необхідно для її досягнення, перераховані основні положення, які мають наукову і практичну цінність.
В першому розділі подані аналітичний огляд літератури щодо оксидного складу та способів одержання накладних забарвлених склопокриттів та обґрунтована пріоритетність порошково-випалювального способу декорування скловиробів.
За порошково-випалювальною технологією накладні покриття формуються на гарячій пульці скловиробу при нагріванні її при температурі 1150-1200оС впродовж 30-60 секунд. Для забезпечення формування за такий короткий проміжок часу бездефектного накладного покриття рівномірної товщини склорозплав, з якого воно утворюється, повинен мати при вказаній температурі в’язкість в межах 10,0-10,0пз та якомога менше значення поверхневого натягу (σ<300·10-3Н/м). Крім того з метою зменшення термічних напружень в покритті та скловиробі їх значення ТКЛР повинні бути близькими і заходитись в межах (95-105)·10-7град-1. Для придання бажаного декоративного ефекту показник заломлення накладних стекол повинен бути більшим ніж nd>1,52.
Враховуючи технологічні можливості вітчизняних підприємств та економічну доцільність, скла для отримання накладних покриттів за порошковою технологією в порівнянні з традиційними декоруючими стеклами повинні бути більш легкоплавкими і, відповідно, температура їх варки повинна не перевищувати 1350ºС.
Аналіз хімічних складів відомих накладних та інших декоративних стекол показав, що за сумарним вмістом основних компонентів їх основу найчастіше складає оксидна система SiO-BO-CaO-NaO(KO), вміст оксидів в цих стеклах знаходиться в доволі широких межах (%): SiO 30-75, BO 0-20, NaO 0-25, KO 0-20, CaO 0-15, ZnO 0-25, PbO 0-30, MgO 0-5, AlO 0-10, BaO 0-20, PO 0-10. Різноманітне забарвлення накладних стекол досягається введенням до їх складу іонних (CoO, CuO, KCrO, NiO –до 1-2%, FeO та MnO –до 5-7%) та молекулярних барвників (CdS, CdSe, CdS·CdSe до 4-6%), накладні покриття на їх основі можуть бути як прозорі так і частково заглушені.
Наведені дані дають підставу для визначення найбільш вірогідного якісного складу порошкових склофарб для накладних покриттів. В той же час, визначити кількісний вміст оксидних компонентів в складах накладних покриттів, які б задовольняли вищеозначеним вимогам, не видається ще можливим. Для цього необхідні відомості про парціальні вклади компонентів у значення властивостей стекол та їх розплавів вказаного оксидного складу. Цих даних для оксидів, які є найбільш перспективними для розробки накладних покриттів за порошково-випалювальною технологією, в літературі існує недостатньо.
Враховуючи це, в роботі сформульовані основні завдання і напрямки досліджень, які наведені вище.
У другому розділі наведена характеристика використаних сировинних матеріалів і описані методики проведення експериментальних досліджень.
Для одержання стекол застосовували сировинні матеріали технічної чистоти та марки “ч”. Варку стекол здійснювали в електричній печі в шамотних тиглях при температурах (1250-1350)ºС, готові розплави гранулювали на воду. Для одержання склофарб синтезовані фрити подрібнювали до проходу крізь сито № 02, з кількістю фракцій з розмірами часток менше ніж 0,063 мм не більше 10%. Покриття наносили шляхом напилення склофарб на скляні підкладинки з наступним їх оплавленням при температурі (1150-1180)ºС протягом 30-40 с і відпалом в муфельній печі при максимальній температурі 450ºС.
Для стекол визначали температурний коефіцієнт лінійного розширення, поверхневий натяг, показник заломлення згідно зі стандартними методиками. Колірні характеристики покриттів визначали на компараторі кольору КЦ-3. Для дослідження порошкових фарб та стекол були використані методи фізико-хімічного аналізу (РФА на дифрактометрі ДРОН-3, ДТА на дериватографі системи Паулік-Паулік-Ердей).
Третій розділ роботи присвячений дослідженню хімічного складу та властивостей деяких накладних стекол закордонного виробництва та вибору методики пошуку складів базових стекол для синтезу порошкових фарб.
Розробка хімічного складу порошкових склофарб за своєю суттю може бути віднесена до загальної технологічної задачі вибору хімічного складу скла з заданим комплексом властивостей. Така задача може бути вирішена на основі результатів експериментальних досліджень закономірностей зміни властивостей скла в залежності від його хімічного складу. Ці дослідження значною мірою є трудомісткими і не завжди гарантують досягнення бажаного результату. Значно зменшити об’єм експериментальної роботи можна використовуючи розрахункові методи визначення властивостей стекол за їх складом, які дають можливість попередньо звузити області пошуку складів стекол з заданими властивостями та прискорити розробку їх оптимальних складів. Для цього необхідно встановити найбільш загальні закономірності кількісного взаємозв’язку між хімічним складом стекол та їх властивостями, які перш за все впливають на умови формування накладних покриттів та їх якісні показники.
В роботі для опису залежності в’язкості (1), поверхневого натягу (2), ТКЛР, показника заломлення (3) та інших властивостей стекол від їх хімічного складу та температури використовувались перш за все наступні математичні моделі:
, (1)
, (2)
, (3)
де –розрахункове значення властивостей;
–коефіцієнти регресії;
xi –вміст компонентів, мол.%;
–температура відповідно в градусах Цельсія та Кельвіна.
Коефіцієнти регресії визначали методом найменших квадратів. Адекватність моделей перевіряли за критерієм Фішера, який при відсутності паралельних дослідів розраховували порівнянням дисперсії вихідної змінної відносно середнього її значення з залишковою дисперсією. Чим більше розрахункове значення крітерія Фішера перевищує табличне, тим більш ефективним є рівняння регресії.
Враховуючи те, що вказані рівняння є лінійними, вибір оптимальних складів стекол для накладних покриттів здійснювався методом лінійного програмування.
Четвертий розділ присвячений розробці математичних моделей, які адекватно описують залежність властивостей стекол та розплавів від їх складу та температури.
Математичні моделі для розрахунку в’язкості стекол. Для розрахунку методом множинної кореляції коефіцієнтів регресії в рівнянні (1), яке описує залежність в’язкості склорозплавів від їх складу та температури, була складена за даними науково-технічної літератури експериментальна вибірка, яка включає 1278 значень в’язкості склорозплавів різного складу в температурному інтервалі 520-1800ºС, при середньому значенні температури та середньоквадратичному її відхиленні 1030190ºC. Âміст компонентів в стеклах, які ввійшли до вибірки, змінювався в наступних межах (мол.%): SiO10-88, (NaO, SrO, PbO) 0-40, CaO 0-52, BaO 0-50, KO 0-35, BO 0-47, ZrO0-14, ZnO 0-25, MgO 0-55, AlO 0-24, LiO 0-37, PO0-5, (MnO, СоО, CuO, CdO, TiO) 0-20, FeO0-13. Необхідно при цьому відмітити, що оксиди, які увійшли у вибірку є найбільш вірогідними компонентами як накладних стекол так і склопокриттів різного функціонального призначення. Середнє значення в’язкості всієї вибірки та його середньоквадратичне відхилення дорівнює 10,93±1,18 пз (=2,931,182) і відповідає значенню в’язкості склорозплавів при формуванні на їх основі різних покриттів.
Враховуючи те, що закономірності зміни властивостей лужних стекол можуть суттєво відрізнятися від безлужних, загальна вибірка була розділена на дві підвибірки, одна з яких включає 878 значень в’язкості розплавів лужних стекол, а інша –значення в’язкості розплавів безлужних стекол.
Вміст компонентів у стеклах першої підвибірки наступний (мол.%): SiO35-88, BO0-47, PO0-5, ZrO0-14, AlO0-9, PbO 0-39, (LiO, NaO, KO) 0-35, (CaO, MgO, SrO, BaO, ZnO, CuO, CoO, CdO, MnO, TiO, FeO) 0-20. Середнє значення в’язкості та температури, а також середньоквадратичні їх відхилення мають, відповідно, наступні значення =3,26, Slgз=1,09 і =1050ºC, St=190ºC.
Безлужні стекла, які увійшли до другої підвибірки, містили в своїх складах компоненти в наступних межах (мол.%): SiO 10-70, BO 0-30, AlO 0-23, (CaO, BaO, SrO, MgO) 0-50, ZnO 0-20, PbO 0-40. Числові характеристики змінних цієї вибірки були такими: =2,21, Slgз=1,04 і =1100ºC, St=215ºC.
Використовуючи експериментальні дані цих трьох вибірок, були розроблені відповідно і три математичні моделі для розрахунку в’язкості склорозплавів, які відрізняються як за оксидним складом так і кількісним вмістом компонентів.
Значення коефіцієнтів регресії, які одержані відповідно –на основі загальної (), лужної () та безлужної () вибірки наведені в табл.1.
Таблиця 1
Коефіцієнти регресії в рівнянні (1) для розрахунку в’язкості розплавів стекол
|
Оксид |
аi для рівняння |
Оксид |
аi для рівняння |
|
(1) |
1(2) |
1(3) |
(1) |
1(2) |
(3) |
||
|
а |
-12,264 |
-10,134 |
-11,134 |
LiO |
,0074 |
-0,0146 |
- |
|
b |
,2 |
,2 |
NaO |
,0242 |
-0,0042 |
- |
|
|
BO |
,0482 |
0,0263 |
,0398 |
KO |
,0413 |
,0134 |
- |
|
SiO |
,1039 |
,0809 |
,0919 |
CdO |
,0364 |
,0224 |
- |
|
AlO |
0,1411 |
,1228 |
,1257 |
ZnO |
,0016 |
,0407 |
-0,0265 |
|
ZrO |
,1487 |
,1087 |
- |
PbO |
,0082 |
-0,0117 |
,0056 |
|
MgO |
,0655 |
,0586 |
,0527 |
CuO |
,0141 |
-0,0021 |
- |
|
CaO |
,0379 |
,0355 |
,0312 |
TiO |
-0,0413 |
-0,0543 |
- |
|
SrO |
,0265 |
,0184 |
,0250 |
PO |
-0,065 |
-0,0783 |
- |
|
BaO |
,0347 |
,0038 |
,0369 |
MeO* |
,0443 |
,0283 |
- |
*MnO+NiO+CoO+FeO
Розроблені математичні моделі є адекватними, що підтверджується високими значеннями коефіцієнтів множинної кореляції (R=0,935-0,964) та розрахунковими значеннями критерію Фішера (Fр=7,93-14,14), що значно перевищують його табличні значення, які в залежності від відповідних ступенів свободи складають для всіх моделей Fт=1. Використовуючи ці математичні моделі, можна в залежності від хімічного складу та температури розраховувати десятинний логарифм в’язкості склорозплавів, з точністю, яка оцінюється при довірчій імовірності в Р=0,95 середньоквадратичним відхиленням від експериментального значення в 0,289-0,369. Враховуючи те, що при формуванні накладних та інших функціональних склопокриттів на підкладках різної природи (кераміці, металах та ін.), в’язкість склорозплаву змінюється в значно ширшому інтервалі (10,0-10пз), вказана точність є прийнятною, і наведені рівняння можуть бути успішно використані для вибору хімічного складу цих покриттів.
Слід при цьому відмітити, що з практичної точки зору при розробці вказаних покриттів важливо вміти розраховувати в залежності від їх хімічного складу не тільки значення в’язкості склорозплаву при певній температурі, але й вміти прогнозувати їх можливий температурний інтервал формування (тобто інтервал випалу). Але достатньо точних методів прогнозування температурного інтервалу випалу склопокриттів в технічній літературі ми не виявили. Тому в роботі були розраховані коефіцієнти регресії в рівнянні (4), в якому як залежна змінна була взята "обернена температура":
. (4)
Відповідні коефіцієнти регресії наведені в табл.2.
Таблиця 2
Коефіцієнти регресії в рівнянні (4) для оцінювання температур, при яких в’язкість склорозплавів змінюється в межах 10,5-10пз
|
Оксид |
аi для рівняння |
Оксид |
аi для рівняння |
|
(1) |
4(2) |
4(3) |
(1) |
4(2) |
(3) |
||
|
а |
,022 |
,180 |
,081 |
LiO |
-0,039 |
-0,052 |
- |
|
B |
,877 |
,945 |
,878 |
NaO |
-0,028 |
-0,026 |
- |
|
BO |
-0,049 |
-0,052 |
-0,045 |
KO |
-0,043 |
-0,043 |
- |
|
SiO |
-0,106 |
-0,110 |
-0,095 |
CdO |
-0,039 |
-0,052 |
- |
|
AlO |
-0,144 |
-0,16 |
-0,126 |
ZnO |
-0,005 |
-0,07 |
,029 |
|
ZrO |
-0,128 |
-0,121 |
- |
PbO |
-0,018 |
-0,021 |
-0,011 |
|
MgO |
-0,073 |
-0,087 |
-0,058 |
CuO |
-0,010 |
-0,025 |
- |
|
CaO |
-0,044 |
-0,065 |
-0,038 |
TiO |
,031 |
,021 |
- |
|
SrO |
-0,034 |
-0,050 |
-0,034 |
PO |
,047 |
,062 |
- |
|
BaO |
-0,04 |
-0,036 |
-0,041 |
MeO* |
-0,045 |
-0,053 |
- |
*MnO+NiO+CoO+FeO
Статистичний аналіз рівняння регресії підтвердив його адекватність. Перевірковий розрахунок за рівнянням (4) температур випалу склопокриттів різного функціонального призначення показав, що вони повністю співпадають з експериментально визначеними температурними інтервалами випалу емалей для алюмінію, міді та сталі, а також глазурей для фаянсу і порцеляни. Це дає підставу вважати, що рівняння (4) є універсальним і може використовуватись при розробці практичних складів як накладних так і інших склопокриттів, емалей і глазурей з заданим температурним інтервалом випалу.
Математичні моделі для розрахунку поверхневого натягу стекол були розроблені на основі експериментальної вибірки, яка для склорозплавів різного хімічного складу налічує 728 значень поверхневого натягу в температурному інтервалі 810-1575ºС, які знаходяться в межах у ·10= 93÷530 Í/м. Середнє значення поверхневого натягу всієї вибірки та середньоквадратичне відхилення було таким (27977) ·10-3 Н/м.
Вміст компонентів в стеклах, які ввійшли до вибірки, змінювався в достатньо широких межах (мол.%): SiO0-84, BO0-100, PO0-14, (ZrO, SnO) 0-10, AlO0-41.5, PbO 0-89, LiO 0-66.2, NaO 0-50, KO 0-36.5, CaO 0-55.7, MgO 0-51, (SrO, BeO, CoO) 0-25, BaO 0-45.5, (ZnO, CdO) 0-20, MnO 0-66.4, TiO0-33, FeO 0-95, NiO 0-24, (CrO+VO+MoO+WO) 0-7, F 0-27* (*кількість атомів F, яка припадає на 100 молей скла).
Для розрахунку парціальних вкладів компонентів в поверхневий натяг стекол спочатку була вибрана наступна математична модель:
. (5)
Враховуючи те, що поверхневий натяг склорозплавів залежить від температури, а також те, що парціальний вклад оксидів KO, PbO та BO в поверхневий натяг розплавів може змінюватись в залежності від складу скла, то в роботі були розраховані коефіцієнти регресії для математичної моделі, яка включає також квадратичні ефекти та ефекти взаємодії вказаних оксидів.
Одержані парціальні вклади оксидів в поверхневий натяг склорозплавів наведені в табл.3.
Таблиця 3
Коефіцієнти регресії в рівнянні (5) для розрахунку поверхневого натягу стекол
|
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
|
BO |
0,70 |
LiO |
,35 |
MnO |
,50 |
|
SiO |
,60 |
NaO |
,00 |
FeO |
,70 |
|
ZrO |
,70 |
KO |
1,00 |
CoO |
,95 |
|
AlO |
,60 |
ZnO |
,95 |
NiO |
,50 |
|
BeO |
,30 |
CdO |
,75 |
ПАО* |
-14,50 |
|
MgO |
,00 |
PbO |
1,50 |
F |
-5,8 |
|
CaО |
5,50 |
SnO |
,30 |
R=0,996, Fр=9,74, Fт=1, Sзал=22·10-3 Н/м, |
|
|
SrO |
,70 |
TiO |
,00 |
||
|
BaO |
,70 |
PO |
0,30 |
*Поверхнево-активні оксиди (ПАО) CrO+VO+MoO+WO
RxOy–тут і далі компоненти, для яких відсутні коефіцієнти в методі А.Аппена
Наведена в табл.3 система парціальних вкладів відображає найбільш загальні закономірності впливу хімічного складу стекол на їх поверхневий натяг та узгоджується з даними вже відомих подібних систем. В той же час вона відрізняється від них тим, що включає парціальні вклади для значно більшої кількості оксидів і дає можливість розраховувати з достатньо високою точністю поверхневий натяг не тільки силікатних, а також і багатокомпонентних боросилікатних склорозплавів, які складають основу накладних та інших покриттів.
Аналізуючи коефіцієнти регресії в рівнянні, яке включає квадратичні ефекти та ефекти взаємодії деяких оксидів, встановлено, що зі зростанням вмісту KO, PbO i BO у склі (рис.1) збільшується також і їх вклад в поверхневий натяг, який при максимально можливому вмісті вказаних оксидів наближається до значень коефіцієнтів у рівнянні (5).
Вміст PbO(KO) мол.% а) Вміст BO ,мол.% б)
Рис.1. Залежність σi для (а) –PbO (1) і KO (2) від їх вмісту у склі; (б) –BO від вмісту SiO і BO у склі: 1–% SiO; 2–% SiO; 3–% SiO; 4–% SiO
Встановлено, що вклад борного ангідриду в залежності від його вмісту у склі і вмісту SiO може приймати значення як від’ємні так і додатні. В боратних стеклах цей вклад має найбільше значення, і зі зростанням кількості в них SiO поступово зменшується.
Як відомо, поверхневий натяг склорозплавів при підвищенні температури може як зростати, так і знижуватися. Аналізуючи коефіцієнти регресії в рівняннях, які включають температуру як незалежну змінну встановлено, що температурний коефіцієнт поверхневого натягу залежить як від температури так і від вмісту у склі сіткоутворюючих оксидів SiO та BO (рис.2).
а) б)
Рис.2. Вплив оксидів SiO (а) і BO (б) на температурний хід поверхневого натягу склорозплавів
Встановлені взаємозв’язки між вмістом оксидів KO, PbO, SiO, BO та поверхневим натягом склорозплавів, а також вплив оксидів SiO, BO на його температурний коефіцієнт значно розширюють відомості про закономірності зміни дослідної властивості склорозплавів в залежності від їх складу та дозволяють підвищити точність оцінки значень поверхневого натягу стекол різних складів і спрогнозувати його зміну в широкому температурному інтервалі.
Математична модель для розрахунку ТКЛР стекол була розроблена на основі експериментальної вибірки, яка налічує 1187 значень ТКЛР стекол різних складів, вміст компонентів в яких змінювався в наступних межах (мол.%): SiO0-95, (CaO, CdO, BO) 0-50, ZnO 0-52, NaO 0-40, AlO0-32, PbO 0-45, LiO 0-47, KO 0-32, BaO 0-55, (MgO, SrO) 0-60, TiO 0-24, (MnO, PO,ZrO)0-20, (CuO, CoO, FeO) 0-15, NiO 0-6, F 0-32* (*кількість атомів F, яка припадає на 100 молей скла). ТКЛР стекол в температурному інтервалі 20-400ºС змінювався від 19·10-7 до 204·10-7 град-1, середнє його значення та середньоквадратичне відхилення дорівнювало 90∙10-7 29∙10-7 град-1.
Для розрахунку парціальних вкладів компонентів в ТКЛР скла була вибрана наступна математична модель:
. (6)
Визначені парціальні вклади оксидів в ТКЛР скла наведені в табл.4.
Таблиця 4
Коефіцієнти регресії в рівнянні (6) для розрахунку ТКЛР стекол
|
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
|
ZrO |
-0,775 |
LiO |
2,748 |
ZnO |
,798 |
|
AlO |
-0,188 |
NaO |
,598 |
CdO |
,194 |
|
BO |
0,175 |
KO |
4,829 |
PbO |
,501 |
|
SiO |
,296 |
MgO |
,0506 |
CuO |
,558 |
|
TiO |
,656 |
CaO |
,524 |
MeO* |
,767 |
|
PO |
,957 |
SrO |
,787 |
R=0,955, Fр=11,8, Fт=1 Sзал=8,56·10-7 град-1 |
|
|
F |
0,266 |
BaO |
,913 |
*CoO+NiO+FeO
Наведені в табл.4 результати статистичного аналізу рівняння регресії дають підставу вважати його адекватним. Одержана в даній роботі система парціальних вкладів оксидів узгоджується з даними вже відомих подібних систем та відображає найбільш загальні закономірності кількісного взаємозв’язку між хімічним складом стекол та їх ТКЛР. Окрім цього достовірність розробленої моделі підтверджується також відомою екстремальною залежністю парціальних вкладів окремих оксидів в ТКЛР стекол від сили поля катіона, який входить до складу оксиду (рис.3).
Проте, необхідно при цьому відмітити, що для окремих оксидів парціальні вклади, які визначені в даній роботі, суттєво відрізняються від значень, які наведені в найбільш поширеній системі парціальних вкладів, яку запропонував А.Аппен. Це пояснюється тим, що система Аппена пристосована для розрахунку ТКЛР силікатних та боросилікатних стекол з обмеженим вмістом SiO та BO (SiO 44 мол.%, BO 30 мол.%).
Запропонована в даній роботі система передбачає можливість розрахунку ТКЛР стекол, в яких вміст цих компонентів може виходити за вказані обмеження.
Рис.3. Залежність коефіцієнтів аі від сили поля катіона за Дітцелем
Отримане таким чином рівняння регресії може бути успішно використане при розробці необхідних складів стекол.
Математична модель для розрахунку показника заломлення стекол була розроблена на основі експериментальної вибірки, яка налічує 1211 його значень для різних складів стекол, вміст компонентів в яких змінювався в наступних межах (мол.%): SiO3.2-98.4, BO0-75.4, PO0-12, ZrO0-15, AlO0-33, PbO 0-70, (LiO, MgO, CdO) 0-50, NaO 0-47, (KO, BaO, SrO) 0-55, CaO 0-58, ZnO 0-63, TiO 0-45, CoO 0-5, MnO 0-48, FeO 0-20. Показник заломлення стекол в залежності від їх хімічного складу змінювався в межах nd=1.458÷2.144, ñереднє значення та середньоквадратичне його відхилення для всієї вибірки було таким 1,5690,081. Враховуючи те, що показник заломлення стекол від вмісту в їх складі компонентів знаходиться в найбільш простій лінійній залежності, для його розрахунку була обрана наступна математична модель:
. (7)
Встановлені парціальні вклади оксидів в nd скла наведені в табл.5.
Таблиця 5
Коефіцієнти регресії в рівнянні (7) для розрахунку показника заломлення стекол
|
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
Компонент |
аі |
|
PbO |
,0229 |
LiO |
,0168 |
CdO |
,0189 |
|
ZrO |
,0209 |
NaO |
,0158 |
ZnO |
0,0108 |
|
TiO |
,0223 |
KO |
,0153 |
FeO |
0,0243 |
|
AlO |
0,0157 |
CaO |
,0178 |
MnO |
0,0188 |
|
BO |
0,0149 |
MgO |
,0166 |
CoO |
0,0120 |
|
SiO |
,0147 |
SrO |
,0181 |
R=0,983, Fр=32,6, Fт=1, Sзал =0,015 |
|
|
PO |
,0141 |
BaO |
,0189 |
Адекватність запропонованої моделі підтвержена відповідним статистичним аналізом. Встановлена система парціальних вкладів в nd скла повністю узгоджуються зі значеннями, які встановлені А. Аппеном, проте вона додатково включає значення парціальних вкладів для оксидів MnO і FeO, які можуть входити в значній кількості до складу накладних та інших покриттів.
Таким чином, розроблена модель в наведених межах вмісту оксидних компонентів є достовірним описом впливу складу стекол на їх показник заломлення і може бути використана при розробці складів накладних та інших склопокриттів.
У п’ятому розділі методом лінійного програмування виконана розробка оптимальних складів базових стекол для отримання порошкових фарб.
В роботі були розроблені декілька базових складів стекол, які пристосовані до забарвлення іонними () або молекулярними () барвниками та призначені для одержання частково заглушених (сполуками фосфору та фтору) та прозорих накладних покриттів, а також склопокриттів з підвищеними значеннями nd (за рахунок оксидів ).
При складанні умов оптимізаційної задачі в якості цільової функції було взяте рівняння для розрахунку поверхневого натягу склорозплавів при температурі випалу накладних покриттів, значення якого повинне бути мінімальним. Обмежуючі умови на значення інших властивостей стекол та їх розплавів були взяті такими, які наведені у першому розділі, та з урахуванням розроблених систем парціальних вкладів подані у вигляді лінійних нерівностей. При виборі обмежень на кількісний вміст оксидів в стеклах враховували також те, що частково заглушені покриття повинні містити в своєму складі оксиди та , а покриття забарвлені молекулярними барвниками не повинні вміщувати у своєму складі оксид свинцю.
Складена таким чином оптимізаційна задача була вирішена на ЕОМ в результаті чого були одержані склади стекол, які задовольняють вищенаведеним вимогам (табл.6).
Таблиця 6
Оптимальні склади базових стекол для отримання порошкових фарб
|
Оксиди |
Склади стекол, мол.% |
|
з іонним забарвленням |
з молекулярним забарвленням |
з підвищеним показником заломлення |
|||
|
Заглушені |
Прозорі |
||||
|
* |
* |
||||
|
SiO |
-59 |
-58 |
-55 |
-58 |
-58 |
|
BO |
-9 |
-13 |
-15 |
-12 |
-15 |
|
NaO |
-10 |
-12 |
-8 |
-11 |
-9 |
|
KO |
-9 |
-7 |
-8 |
-10 |
-9 |
|
CaO |
-6 |
-8 |
- |
-6 |
-4 |
|
AlO |
-2 |
,5-1 |
-3 |
- |
,5-2 |
|
ZnO |
-5 |
- |
- |
-9 |
-5 |
|
BaO |
- |
- |
-10 |
- |
- |
|
PbO |
-10 |
- |
- |
- |
-12 |
|
MgO |
- |
-6 |
- |
- |
- |
|
PO |
-2 |
- |
- |
-3 |
-1,5 |
|
FeO |
- |
- |
-4 |
- |
- |
|
MnO |
- |
- |
-5 |
- |
- |
1*-базові стекла для забарвлення іонними барвниками у кількості до 2 мас%;
*- базові стекла інтенсивно забарвлені в темні кольори
Експериментальна перевірка підтвердила можливість одержання на основі запропонованих стекол накладних покриттів з заданими значеннями температурного інтервалу випалу та інших властивостей. Склопокриття, одержані на основі цих стекол, характеризуються добрим розтіканням і оплавленістю, відсутністю цеку та газоутворення при повторному нагріванні.
Враховуючи це, в шостому розділі дисертації описані результати експериментальних досліджень, які спрямовані на встановлення закономірностей зміни колірних характеристик накладних покриттів від вмісту в їх складі різноманітних барвників і на розробку практичних складів порошкових склофарб.
Для одержання прозорих та непрозорих покриттів з іонним механізмом фарбування у склади відповідних базових стекол (зверх 100%) були введені забарвлюючі компоненти у різних співвідношеннях у межах (мас.%): CoO 0-1, CuO 0-3, KCrO 0-2, NiO 0-1.5, FeO 0-3.
Встановлено, що на базі розроблених стекол є можливим одержати склофарби для отримання якісних прозорих та непрозорих покриттів синьо-фіолетових (довжина хвилі колірного тону λ=479-491 нм), зелено-блакитних (λ=491-506 нм), зелених (λ=506-578 нм), сіро-піскових (λ=577-579 нм) та коричневих (λ=549-592 нм) відтінків.
Для вивчення можливості використання розроблених порошкових фарб при виготовленні багатоколірних виробів досліджена поведінка різнозабарвлених розплавів при їх поєднанні між собою. Встановлено, що суміш фарб у співвідношенні (1:1), які містять різні фарбуючі компоненти, дозволяє одержати якісний склошар без дефектів пузиріння, що свідчить про приблизно однакову окисно-відновну здатність склорозплавів і можливість одночасного використання декількох розроблених фарб при декоруванні скловиробів.
Виявлені закономірності зміни довжини хвилі колірного тону покриттів в залежності від вмісту в них барвників і встановлена можливість направленого корегування колірного відтінку покриттів шляхом поєднання в певній кількості різнобарвних фарб.
На основі розроблених базових стекол одержані пігментвмісні порошкові фарби зі застосуванням відомих керамічних пінментів Дульовського та Київського заводів. Відповідні пігменти вводили на помел базових стекол у кількості 3 мас. % (понад 100%), що дозволило значно спростити технологію виготовлення порошкових фарб.
Встановлено, що на базі розроблених стекол є можливим одержати склофарби для отримання якісних напівпрозорих та непрозорих покриттів синьо-фіолетових (λ=430-472 нм), зелено-блакитних (λ=491-498 на), жовто-піскових (λ=577-582 нм), рожевих (λ=596-640 нм) та чорно-коричневих (λ=490 та 608 нм) відтінків.
Для одержання склофарб жовто-червоного кольору у шихту розробленого базового скла (понад 100%) вводили молекулярні барвники CdS, CdSe, а також такі компоненти як CdO, ZnSO·7HO, Se, Cцукор, які здатні утворювати фарбуючі центри безпосередньо у склі при його варці.
Враховуючи леткість компонентів та нестабільність кольору кадмій-селенвмісних стекол, з метою вибору кращих технологічних параметрів синтезу склофарб досліджений вплив часу синтезу та способів складання та засипання сировинних сумішей. Компоненти для фарбування вводили (понад 100%) з розрахунку на вміст у склі (мас.%) CdS 2-4 та CdSe 0-4.
Встановлено, що для покриттів, які містять CdS та CdSe, кращі декоративні показники мають склопокриття, отримані на основі фарб, що містять композиційний барвник і синтезовані на базі фрити скла. Стабільність кольору забезпечує введення ZrSiO. Також добрі декоративні показники мають склопокриття, отримані на основі пігментвмісних склофарб, синтезованих із шихти базового скла з часом витримування при максимальній температурі до 20 хвилин. Для покриттів, які містять тільки CdS, кращі декоративні показники мають склопокриття, отримані на основі пігментвмісних склофарб, що синтезовані з шихти базового скла.
Одержані порошкові фарби дають змогу отримати якісні покриття жовтого, помаранчевого та червоного кольорів (λ=581-650 νм), в залежності від співвідношення CdS/CdSe в їх складах.
У сьомому розділі наведені результати виробничих випробувань та впровадження розроблених матеріалів у виробництво художньо-декоративних скловиробів.
Варку стекол, в промислових умовах здійснювали в газовій печі при температурі 1300-1350ºС протягом 2-3 годин. Помел і нанесення фарб виконували згідно з методикою, описаною у розд.2. Відпал виробів в залежності від їх розмірів здійснювали при температурі (500-550)ºС протягом 2-6 годин.
Одержані склофарби не поступаються закордонним аналогам за технологічними та декоративними показниками.
Очікуваний річний ефект від впровадження розроблених фарб становить 405-532 тис. грн/рік (в залежності від виду фарби) в розрахунку на потребу в фарбах 1260 кг/рік при випуску художньо-декоративних виробів 63000 шт./рік.
У додатках наведені приклад програми для розрахунку на ЕОМ оптимального складу скла та акт промислових випробувань і впровадження розроблених порошкових фарб.
ВИСНОВКИ
1. На основі здійснених експериментальних і літературних досліджень сформульовані основні вимоги до властивостей і хімічних складів стекол для одержання на їх основі накладних забарвлених покриттів за порошково-випалювальним способом декорування скловиробів.
. Експериментально-статистичним методом вперше розроблені адекватні математичні моделі, які встановлюють найбільш загальний кількісний зв’язок між температурою, хімічним складом боросилікатних стекол і розплавів та основними властивостями, які визначають температурний інтервал формування та забезпечують одержання узгоджених за ТКЛР склопокриттів на основах з різних матеріалів. Запропоновані моделі та системи парціальних вкладів (адитивних коефіцієнтів) дають можливість розраховувати значення в’язкості, поверхневого натягу, ТКЛР та інших властивостей багатокомпонентних боросилікатних стекол, з точністю, достатньою для вибору базових складів накладних покриттів, а також для вирішення багатьох інших технологічних задач, пов’язаних з вибором хімічних складів стекол з заданим комплексом властивостей. Показана при цьому перспективність та можливість застосування для вирішення вказаних задач методу лінійного програмування.
. Аналіз значень коефіцієнтів регресії та парціальних вкладів показав, що встановлені закономірності зміни властивостей стекол та розплавів від їх хімічного складу співпадають та узгоджуються з вже відомими закономірностями, які відображені, наприклад, в системах адитивних коефіцієнтів А.Аппена, що дає підставу вважати їх достовірними. При цьому необхідно відмітити, що запропоновані моделі дають можливість значно доповнити відомі закономірності новими даними про вплив на дослідні властивості стекол тих оксидів, парціальні вклади яких були ще невідомі.
Так, наприклад, встановлено що:
–парціальний вклад борного ангідриду в поверхневий натяг в залежності від його вмісту у склі і вмісту SiO може приймати як від’ємні так і додатні значення. В боратних стеклах цей вклад має найбільше значення і зі зростанням кількості в них SiO поступово зменшується;
–зі зростанням вмісту KO і PbO у склі збільшується також і їх вклад в поверхневий натяг;
–температурний коефіцієнт поверхневого натягу залежить як від температури так і від вмісту у склі сіткоутворюючих оксидів SiO та BO.
4. Виконаний обґрунтований вибір оптимальних складів базових стекол для одержання за порошково-випалювальною технологією на художньо-декоративних скловиробах прозорих та частково заглушених накладних покриттів, забарвлення яких передбачається як іонними так і молекулярними барвниками.
Експериментальними дослідженнями встановлені закономірності зміни оптичних характеристик базових стекол від вмісту в їх складі різних забарвлюючих оксидів.
5. На основі розроблених складів забарвлених стекол отримані порошкові фарби для гарячого декорування скловиробів широкої колірної гами. В тому числі синтезовані склофарби, які дозволяють отримувати прозорі і заглушені покриття з іонним механізмом забарвлення синьо-фіолетових, зелено-блакитних, коричнево-сірих кольорів і напівпрозорі покриття синьо-зелених, чорно-коричневих, рожевих и жовтих колірних відтінків на основі пігментного забарвлення, заглушені покриття з молекулярним механізмом забарвлення жовто-червоного колірного ряду.
. Розроблені порошкові фарби пройшли успішну апробацію в умовах ВТП “Фірма Старт” (м.Львів), де показали гарні технологічні та декоративні характеристики, та прийняті до впровадження. Очікуваний економічний ефект від впровадження розроблених матеріалів складає 532 тис.грн/рік.
СПИСОК ПРАЦЬ
1. Голеус В.И., Маховская И А. Расчет термического коэффициента линейного расширения боросиликатных стекол // Вестник НТУ “ХПИ”. –Харьков. –. –№32. –С.50-53.
Здобувачем виконаний пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо залежності температурного коефіцієнта лінійного розширення стекол від їх хімічного складу, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
2. Голеус В.И., Маховская И.А., Носенко А.В. Расчет температурного интервала формирования стеклопокрытий в зависимости от их химического состава // Вопросы химии и химической технологии. –. –№3. –С.58-62.
Здобувачем виконаний пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо взаємозв’язку в’язкості стекол, їх хімічного складу та температури, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
. Голеус В.И., Маховская И.А. Зависимость показателя преломления боросиликатных стекол от их химического состава // Вопросы химии и химической технологии. –. –№2. –С.43-46.
Здобувачем виконаний пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо залежності показника заломлення стекол від їх хімічного складу, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
. Маховская И.А., Олешко С.А. Молекулярное окрашивание желтых стекол // Тез. докл. Всеукраин. науч.-техн.конф. “Химия и химическая технология”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.25-26.
Здобувачем здійснені дослідження з вивчення можливості фарбування розроблених стекол молекулярними барвниками (CdS) та визначені основні технологічні умови.
. Маховская И.А., Войтеховская Т.А., Лукьянова В.Б. Разработка новой технологии желтых порошковых красок для горячего декорирования стеклоизделий // Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. “Химия и современные технологии”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.181-182.
Здобувачем здійснені дослідження в напрямку отримання накладних склопокриттів жовтого кольору за порошковою технологією.
6. Голеус В.И., Маховская И.А., Козырева Т.И. Разработка базовых стекол для получения порошковых красок // Тез. докл. междун. научн.-техн. конф. “Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов”. –Минск (Беларусь): БГТУ. –. –С.201.
Здобувачем досліджені шляхи одержання порошкових фарб, визначені їх основні недоліки та переваги. Встановлені основні вимоги при розробці складів базових стекол.
7. Голеус В.И., Маховская И.А., Носенко А.В., Козырева Т.И., Карасик А.О. Порошково-обжиговая технология получения накладных покрытий на стеклоизделиях // Тез. доп. наук.-техн. конф. “Перспективнi напрямки розвитку науки i технологii тугоплавких неметалевих i силiкатних матерiалiв”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.46-47.
Здобувачем здійснені дослідження у напрямку отримання накладних склопокриттів за порошковою технологією та визначені основні вимоги, які забезпечують одержання якісних покриттів.
. Голеус В.И., Маховская И.А. Расчет поверхностного натяжения расплавов силикатных и боросиликатных стекол // Тез. докл. Межд.науч.-техн. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. –Харьков:НТУ “ХПИ”. –. –С.66-67.
Здобувачем виконаний пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо залежності поверхневого натягу стекол від їх хімічного складу, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
. Маховская И.А., Иващенко Е.И. Разработка базовых составов стекол для порошкового декорирования гутных стеклоизделий // Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. “Химия и современные технологии”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.201.
Здобувачем виконані розрахункові та експериментальні дослідження складів базових стекол для порошкового декорування.
. Маховская И.А., Голеус В.И. Расчет вязкости расплавов многокомпонентных стекол // Тез. докл. ΙЙ Межд. науч.-техн. конф. “Химия и современные технологии”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.205.
Здобувачем виконані пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо взаємозв’язку в’язкості стекол, їх хімічного складу та температури, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
11. Маховская И.А., Голеус В.И., Носенко А.В. Расчет показателя преломления боросиликатных стекол // Тез. докл. ΙЙ Межд. науч.-техн. конф. “Химия и современные технологии”. –Днепропетровск: УГХТУ. –. –С.206.
Здобувачем виконані пошук і систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо залежності показника заломлення стекол від їх хімічного складу, їх математична обробка та аналіз отриманих даних.
АНОТАЦІЯ
Маховська І.А. –Розробка складів стекол та технології гарячого декорування скловиробів. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 –технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. –Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2006.
Дисертація присвячена вдосконаленню методів проектування складів боросилікатних стекол з заданим комплексом властивостей і розробці на їх основі складів забарвлених стекол для одержання накладних покриттів на художньо-декоративних скловиробах за порошково-випалювальною технологією.
В роботі здійснені дослідження з встановлення взаємозв´язку між температурою, хімічним складом скла та його властивостями, які безпосередньо впливають на формування якісного накладного покриття та складають основу при проектуванні його складу.
Розроблені відповідні математичні моделі та системи парціальних вкладів оксидів, які дозволяють розраховувати значення таких властивостей стекол як в´язкість, поверхневий натяг, ТКЛР та показник заломлення в більш широких межах, ніж існуючі методи, та розширені відомості про вплив деяких компонентів.
З використанням розроблених моделей виконаний обгрунтований вибір оптимальних складів базових стекол для одержання за порошковою технологією накладних покриттів з різними декоративними ефектами.
Розроблені склади та технологія одержання порошкових фарб і відповідних покриттів широкої колірної гами, серед яких прозорі та непрозорі покриття синьо-фіолетових, зелено-блакитних, зелено-жовтих, сіро-піскових, чорно-коричневих, рожевих і жовто-червоних віддтінків.
Розроблені матеріали впроваджені у виробництво художньо-декоративного скла на ВТП “Фірма Старт” (м.Львів). Очікуваний економічний ефект від впровадження складає 532 тис. грн/рік.
Ключові слова: гаряче декорування, порошкова фарба, склопокриття, в´язкість, поверхневий натяг, ТКЛР, показник заломлення.
АННОТАЦИЯ
Маховская И.А. – Разработка составов стекол и технологии горячего декорирования стеклоизделий. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 –технология тугоплавких неметаллических материалов. –Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2006.
Диссертация посвящена усовершенствованию методов проектирования составов боросиликатных стекол с заданным комплексом свойств и разработке на их основе составов окрашенных стекол для получения накладных покрытий на художественно-декоративных стеклоизделиях по порошково-обжиговой технологии.
В работе рассмотрено влияние химических составов стекол на такие свойства как вязкость, поверхностное натяжение стеклорасплавов, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), показатель преломления стекол, оказывающие непосредственное влияние на формирование и декоративные характеристики накладных стеклопокрытий и выступающие основой при проектировании их составов, и установлены основные требования к ним.
Установлены наиболее общие закономерности изменения отмеченных свойств стекол в зависимости от их химических составов и температуры и разработаны математические модели и соответствующие системы парциальных вкладов оксидов для расчета значений этих свойств. Полученные модели включают некоторые компоненты, для которых парциальный вклад не был определен ранее, позволяют прогнозировать значения свойств стекол в более широком интервале содержания компонентов, чем известные методы расчета свойств, и могут быть эффективно использованы при решении различных технологических задач, связанных с выбором составов стекол с заданным комплексом свойств.
Установлена зависимость температурного коэффициента поверхностного натяжения стеклорасплавов от содержания в их составах сеткообразующих оксидов и получены новые данные о влиянии на поверхностное натяжение расплавов таких оксидов как BO, KO и PbO.
С использованием полученных моделей разработаны оптимальные составы базовых стекол для получения накладных стеклопокрытий по порошковой технологии с различными декоративными эффектами. Показана эффективность и целесообразность использования при этом метода линейного программирования.
Разработаны составы и технология получения порошковых красок широкой цветовой гаммы и соответствующих покрытий на их основе, среди которых:
–заглушенные и прозрачные покрытия сине-фиолетовых, зелено-голубых, зелено-желтых, коричнево-зеленых, серо-бежевых оттенков, полученные на основе ионного окрашивания соединениями CoO, CuO, KCrO, NiO, FeO;
–заглушенные и полупрозрачные покрытия сине-фиолетовых, зелено-голубых, желто-бежевых, розовых, черно-коричневых оттенков на основе пигментного окрашивания;
–заглушенные покрытия желто-красного цветового ряда на основе молекулярного окрашивания соединениями CdS, CdSe.
Установлены закономерности изменения цветовых характеристик стеклопокрытий в зависимости от содержания в их составах окрашивающих компонентов.
Разработанная технология получения порошковых красок и покрытий на их основе внедрены в производство художественно-декоративного стекла на ПТП “Фирма Старт” (г.Львов). Ожидаемый экономический эффект составляет 532 тыс. грн/год.
Ключевые слова: горячее декорирование, порошковая краска, стеклопокрытие, вязкость, поверхностное натяжение, ТКЛР, показатель преломления.
THE SUMMARY
Makhovskaya I.A. – Development of compositions of glasses and technology of decoration in the make of glassware. – Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.17.11 – technology of refractory non-metallic materials. –Ukrainian state university of chemical technology, Dnepropetrovsk, 2006.
The dissertation is devoted to improvement of methods of projecting of compositions of borosilicate glasses with the given complex of properties and development on their basis of compositions of coloured glasses for reception of overlaid coatings on art - decorative glassware on powder-roasting technology.
In work the researches on an determination of interrelation between temperature, chemical composition of a glass and its properties are carried out which immediately influence formation of a quality overlaid coatings and make a basis at its projecting.
The appropriate mathematical models and systems of the partial contributions of oxides are developed which allow to calculate such properties of a glass as viscosity, interfacial tension, temperature coefficient of linear expansion and index of refraction in wider limits, than the known methods, and expanded the items of information on influence of some components.
With use of received models is executed a substantiate choice of optimal compositions of basic glasses for reception overlaid glass coatings on powder technology with various decorative effects.
The compositions and technology of reception of powder paints and appropriate coatings of wide colour range are developed, among which opaque and transparent coatings blue-violet, blue-green, green-yellow, grey-beige, brown-black, pink and yellow–red tinges.
The developed materials are applied in production of an art-decorative glass on “Firm Start ”(Lviv). The expected economic effect makes 532 thousand uaн/year.
Key words: decoration in the make, powder paint, glass coating, viscosity, interfacial tension, temperature coefficient of linear expansion, index of refraction.