Введение к работе
Актуальность проблемы. Перспективным направлением использования полимерных композиционных материалов является получение покрытий со специальными оптическими свойствами. К таким наполненным полимерным системам относятся материалы, обладающие способностью к флуоресценции и фосфоресценции. Потребность в них есть во многих сферах деятельности человека и повседневной жизни. Так, повышение скоростей движения транспорта требует для обеспечения безопасности создания сигнальных и маркировочных знаков, отчетливо различимых на далеких расстояниях даже в условиях ограниченной видимости. Флуоресцентные и фосфоресцентные эмали используются для окраски деталей и узлов приборов, маркировки опасных участков технологических линей, противопожарного инвентаря и т.п., а также для декоративных покрытий.
Задачами совершенствования технологии получения новых полимерных материалов, наполненных флуоресцентными и фосфоресцентными пигментами, является увеличение эффективности флуоресценции, длительности фосфоресценции, повышение агрегативной и кинетической устойчивости материалов и срока службы покрытий. Оптимизация состава систем, наполненных дорогостоящими флуоресцентными и фосфоресцентными пигментами, является экономически важной задачей. Для ее решения необходим теоретически обоснованный выбор состава пигментной части, наполнителей и их количеств, вида пленкообразующих материалов и специальных добавок, которые обеспечат эффективное использование пигментов. Появление новых пигментов и полимерных матриц требует при разработке материалов оперативного контроля качества, заключающегося в количественной оценке эффективности флуоресценции и скорости затухания фосфоресценции. Этим определяется актуальность исследований.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР, производимых по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации. № гос. регистрации 0120.0852837.
Цель работы. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по эффективному использованию флуоресцентных и фосфоресцентных пигментов в составе полимерных композиционных покрытий.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- разработать оперативные методы количественного контроля эффективности флуоресценции и затухания фосфоресценции;
- исследовать влияние белых пигментов и наполнителей на оптические свойства флуоресцентных полимерных композиционных материалов;
- изучить влияние полярности среды на эффективность флуоресценции наполненных полимерных покрытий;
- исследовать влияние состава на устойчивость флуоресцентных материалов на основе водных дисперсий полимеров;
- исследовать влияние состава на затухание фосфоресценции наполненных полимерных покрытий.
Научная новизна. Найдена математическая зависимость, описывающая влияние содержания пигмента в материале на флуоресценцию, и установлена ее экстремальная зависимость от содержания белого наполнителя.
- Показано, что введение наполнителя снижает самогашение, сдвигая максимум на зависимости коэффициента яркости от длины волны в длинноволновую область спектра.
- Установлено, что использование наполнителей с анизодиаметрической формой частиц повышает эффективность флуоресценции и фосфоресценции наполненных полимерных покрытий.
- Установлена зависимость интенсивности флуоресценции и цветового тона полимерного покрытия от полярности растворителя, с использованием которого оно сформировано.
- Определены изоэлектрические точки компонентов водно-дисперсионных флуоресцентных материалов, на основании которых установлены области их устойчивости и условия достижения максимальной флуоресценции.
- Установлено, что использование в составе композиций наполнителей, не поглощающих ближнее ультрафиолетовое излучение, увеличивает интенсивность фосфоресценции и снижает скорость затухания.
Практическая ценность работы. Разработаны, внедрены в производственную практику и включены в технические условия методики количественной оценки флуоресценции, основанные на спектрофотометрии с различной геометрией освещения и регистрации спектров, и фосфоресценции с использованием анализа уравнения Беккереля.
- Даны рекомендации по разработке флуоресцентных и фосфоресцентных полимерных композиционных материалов с частичной заменой пигментов на наполнители с достижением заданных эксплуатационных показателей.
- Результаты исследований внедрены в промышленное производство в ЗАО НПК ЯрЛИ. Разработанные методы испытаний внесены в ТУ на материалы, содержащие флуоресцентные и фосфоресцентные пигменты.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на XXVII (Франция, 2004 г.) и XXVIII (Венгрия, 2006 г.) конгрессах FATIPEC, на II и III Международных научно-технических конференциях ПОЛИМЕРЫ-2005 и 2008 (Ярославль, 2005 и 2008 г.), на Девятой Международной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры – 2005» (Одесса, 2005 г.), на Третьей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», 2007 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах, в том числе в 7 статьях.
Личное участие автора. Непосредственное участие во всех этапах работы и обсуждении результатов.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 8 глав, выводов, библиографии и приложений, изложена на 116 страницах и содержит 38 таблиц, 69 рисунков, 101 библиографическую ссылку.
