РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДБОРА ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА ПОКРЫТИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО ЯДОВИТЫЕ СРЕДЫ
2.1. Общая блок-схема исследований.
Принципы анализа сложных систем с вычислением основных элементов и взаимосвязей между ними необходимо применять не только к изучаемому объекту, но и к самому процессу исследования[175]. Такой анализ позволяет обеспечить четкую логику исследования, обосновать его процедуру, выделить как эвристические (требующие существенного интеллектуального напряжения от исследователя), так и формализуемые до уровня стандарта эти этапы[174].
Любое научное исследование проводится по циклической схеме, причем каждый новый ее цикл в силу накопления новой научно-технической информации и появления новых идей проходит на более качественном уровне[171].
Вышесказанное определило разбить проведение научных изысканий на пять основных этапов.
Первый этап. Был проведен обзор литературных источников по вопросам технологии защитных покрытий на сегодняшний день, рассматривались пути совершенствования покрытий, предназначенных для снижения токсичности ядовитых веществ. В результате анализа априорной информации приведенной в первой главе были сформулированы цели и задачи исследований.
Второй этап. На данном этапе определены методологические основы подбора пленкообразующего вещества покрытия, поглощающего ядовитые среды. Был определен метод расчета параметров растворимости покрытий и ядовитых сред. Выбрана методика оценки поглощения покрытиями ядовитых сред. Произведена оценка и выбор методик определения эксплутационных свойств покрытий. Были установлены параметры растворимости ЗАП и некоторых ядовитых веществ. Определено критериальное значение параметра поглощения (параметр Чена), позволяющего проводить оценку совместимости веществ.
Третий этап. На данном этапе оценивались пути снижения локальной плотности заражения. Установлено, что при постоянных условиях заражения скорость испарения остается неизменной. Показано, что площадь частицы (капли) СДЯВ остается неизменной, вне зависимости от поверхности покрытия и, следовательно, изменить локальную плотность заражения за счет растекания капли невозможно. Разработан механизм создания капиллярно-пористой структуры покрытия.
Четвертый этап. Выявлены условия достижения иммобилизации СДЯВ в наполненном полимерном материале, заключающиеся в преимущественном взаимодействии сорбата с внутриструктурными центрами полимерной матрицы. Получены значения минимальной удельной поверхности наполнителя (???195?м2/г), при которых достигается безопасный диффузионный поток. Обоснованы принципы придания ЗАП свойств по необратимому поглощению СДЯВ, которые состоят в достижении термодинамической совместимости пленкообразователя с СДЯВ и формировании собственной капиллярно-пористой структуры при введении в лакокрасочный материал гидрофильного наполнителя, с развитой поверхностью, в частности аэросила.
Пятый этап. По итогам исследований и опытно-промышленного внедрения разработаны рекомендации по производству и применению ЗАП, способных необратимо поглощать СДЯВ.
2.2. Методика расчета параметров растворимости покрытий и ядовитых сред.
В соответствии с методом А.Аскадского и К.Хансена для расчета параметра растворимости покрытий необходимы следующие исходные данные.
1. Тип покрытия и его пленкообразующая основа. Сведения о типовых покрытиях, которые могут использоваться для окраски сооружений.
2. Структурные формулы повторяемых звеньев полимеров, входящие в состав ЗАП.
3. Определение мольной доли полимера по формуле 1.5.
4. Инкременты различных атомов и типов связей для определения энергии когезии
(2.1)
При отсутствии табличных значений они определялись косвенным методом. В частности, при определении параметра растворимости фосфатов оказалось, что отсутствуют данные по энергии когезии для фосфора. Для определения данной величины была взятая для расчета структурная формула гексаметанола, что содержит атом фосфора.
Таблица 2.1
Значение энергии когезии относительно ингредиентов различных атомов
и типов связи [118].
Атом и тип межмолекулярного
взаимодействияУсловное
обозначение?Еи,
Дж/мольУглерод?ЕС*2307,4Водород?ЕН*199,8Кислород?ЕВ*597,5Азот?ЕN*5048,9Фтор?ЕF*101,3Сера?ЕS*7332,5Хлор?ЕCl*- 933,4Бром?ЕBr2442,7Йод?ЕI*7123Двойная связь?Е#*- 1353,4Ароматический цикл (скелет)?Е?*2987,4Диполь-дипольное взаимодействие?Еd*6800Водородная связь?Еh*16462,5
По данным [85] параметр растворимости гексаметанола известен. Неизвестные инкременты ван-дер-ваальсова объема рассчитывались по формуле (2.3), а недостающий инкремент для определения энергии когезии ядовитого вещества Vx был найден из соответствия
, (2.2)
где - ван-дер-ваальсов объем атома.
5. Инкременты объемов различных атомов для определения собственного (ван-дер-ваальсова) объема [118]
(2.3)
При отсутствии в справочной литературе данных про инкремент того или другого атома, его значение рассчитывались следующим образом. Инкременты объема рассматриваемого атома определялись как объем сферы этого атома минус объемы шаровых сегментов, отсекаемых на этой сфере соседними валентно-связанными атомами.
, (2.4)
где R - ван-дер-ваальсов (межмолекулярный) радиус рассматриваемого атома;
hi - высота сегмента, которая вычисляется по формуле
, (2.5)
где di - длины связей между атомами;
Ri - ван-дер-ваальсовые радиусы, соседние с рассматриваемыми, валентно-связанными атомами.
Следует заметить, что значение di и Ri табулированы [118] и определяются на основании данных полного рентгеноструктурного анализа кр