Введение к работе
Актуальность исследования. Перспективным направлением полиграфического и упаковочного производств является использование современных запечатываемых материалов с уникальными свойствами. Одной из важнейших характеристик, отражающей, как качество печати, так и прочностные свойства многослойных упаковочных материалов является адгезионная прочность. Адгезионные свойства важны для обеспечения прочности держания печатных красок на запечатываемой полимерной поверхности и при создании многослойных упаковочных материалов
Использование полимерных материалов в технологии полиграфического и упаковочного производства основано на их способности к пленкообразованию, их термопластичности, эластичности, клеящей способности. Подобные свойства напрямую зависят от строения вещества, из которого состоит материал. На современном этапе развития науки исследование структуры и свойств вещества ведется рядом точных экспериментальных и теоретических методов.
Число полученных веществ (в настоящее время более 20 млн.) непрерывно возрастает. Экспериментальное определение физико-механических свойств нередко сопряжено со значительными техническими трудностями, связанными как с самой техникой измерения, так и с получением вещества, его очисткой, возможной нестойкостью, летучестью, токсичностью, агрессивностью и т.п. Оно требует больших затрат материальных средств, квалифицированного труда и времени и не всегда возможно. В результате число изученных веществ резко отстает от числа известных. Использование расчетных методов исследования позволяет предсказывать характеристики вещества (прежде чем оно синтезировано, а свойство измерено) и тем самым выбрать из многих (еще не изученных и даже не полученных) соединений те, которые (согласно прогнозу) удовлетворяют поставленным требованиям. Это закладывает научные основы создания новых веществ и материалов с заранее заданными свойствами.
Применение расчетных методов для определения комплексных физико-механических параметров позволяет обоснованно сформулировать требования к процессам получения многослойных запечатываемых материалов.
Проведение подобных исследований позволит разработать научные и методологические основы получения полимерных материалов с заранее заданными свойствами, которые могут быть использованы в различных областях полиграфического и упаковочного производства.
Последние исследования показали, что на качество печатной и упаковочной продукции с применением полимерных материалов влияют физико-механические свойства поверхности. К ним относят и энергетические свойства: адгезия, поверхностная плотность заряда; и барьерные свойства: газопроницаемость; и микрорельеф поверхности пленки. Исследование таких свойств на сегодняшний день является актуальным, а современные методы позволяют делать это быстро и с большой точностью.
Учитывая вышесказанное, можно утверждать, что исследования, направленные на установление количественных соотношений «структура-свойство» для полимерных материалов и сополимеров, применяемых в полиграфическом и упаковочном производстве, являются актуальными.
Цель диссертационной работы. Целью работы являлось исследование корреляции «структура-функциональные свойства» ряда полимеров и сополимеров, применяемых в полиграфическом и упаковочном производствах с использованием молекулярно-графового подхода. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований сформулировать требования к первой стадии технологического процесса изготовления многослойной полимерной упаковки – обоснованию выбора состава многослойного материала.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие прикладные задачи:
-
Обзор современных методов исследования и модификации полимерных материалов, применяемых в полиграфии.
-
Анализ современного состояния теоретико-графовых исследований корреляций «структура-свойство».
-
Проведение вычислительного эксперимента по расчету топологических индексов связанности ряда полимеров.
-
Построение корреляционных зависимостей между топологическими индексами связанности различных порядков и свойствами рассматриваемых соединений, оценка точности расчетов.
-
Расчет физико-механических свойств полимеров и сополимеров, применяемых в полиграфическом и упаковочном производстве.
-
Экспериментальная проверка результатов полученных расчетными методами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана модификация топологического метода расчета свойств полимеров (метод Бицерано). В результате вычислительного эксперимента показано, что полученные корреляционные зависимости являются четко выраженными корреляциями между топологическими индексами связанности и физико-механическими свойствами веществ.
-
Проведен расчет некоторых физико-механических свойств полимерных материалов с использованием теоретико-графового подхода.
-
Обоснован процесс получения многослойных запечатываемых материалов в части выбора полимерных материалов.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты исследования корреляции «структура – свойство» для полимеров и сополимеров можно использовать для составления базы данных по аналогичным соединениям, для корреляции конкретных физико-механических свойств с топологическими индексами связанности.
Полученные в работе корреляционные зависимости позволяют с достаточной точностью предсказывать свойства полимеров, что очень важно для практического использования сложных полимерных композитов, являющихся основой для создания упаковочной продукции с заранее заданными свойствами, клеев, печатных плат. Это, в свою очередь, положительно скажется на удобстве выбора материалов при изготовлении полиграфической продукции, сокращении срока ввода в эксплуатация новых полимерных композитов.
Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях:
1. на междисциплинарных научных конференциях «Идеи синергетики в естественных науках» - вторые, третьи, четвертые и пятые юбилейные Курдюмовские чтения (Тверь, 2006, 2007, 2008 и 2009 гг.);
2. на 15-й Международной научной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Пущино, 2009 г.);
3. на Научно-технических конференциях молодых ученых Московско-го государственного университета печати (2008, 2009, 2010 гг.).
Публикации по теме диссертации. Опубликовано 8 печатных работ, из них 1 статья в рецензируемом издании.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Содержание диссертации изложено на 130 листах машинописного текста и включает 16 рисунков и 17 таблиц.
