Аналіз стану виробництва емалей і фарб та природоохоронних методів з екологічної позиці

Полімери переважно застосовують з розчинником, або у поєднанні з оліфою чи цементом. Застосування синтетичних полімерів значно зменшило використання рослинних олій для приготування будівельних фарб і дало можливість випускати нові види довговічних і дешевих лакофарбових матеріалів [22].

Широке застосування полімерних лаків і емалей майже призвело до повної відмови від імпорту дорогих природних смол і рослинних масел, що колись були основною сировиною лакофарбової промисловості.

Від плівкоутворювальних речовин і застосованого пігменту залежать захисні властивості лакофарбового покриття по відношенню до металу, бетону чи іншого матеріалу. Сполучні речовини вибирають, враховуючи міцність його зчеплення (адгезію) з основою після затвердіння[3].

Пігменти – тонкі кольорові порошки, нерозчинні у речовині й розчиннику(рис 1.1.). Від них залежить колір і довговічність лакофарбового покриття. Пігменти бувають природні (крейда, вохра, мумія, залізний сурик, кіновар) і штучні пігменти з великою фарбувальною здатністю, розбавляють білим тонкодисперсним наповнювачем, що здешевлює барвистий склад. Наповнювачем може бути крейда, мелений вапняк або гіпс, порошки сірчанокислого барію або тальку, які не знижують атмосферної стійкості покриття. Неорганічні пігменти складаються з оксидів солей металів[10].

Рис.1.1. Схема поділу лакофарбових матеріалів[3]

Барвисті склади, що випускаються заводами, а також готуються на місці будівельних робіт, містять найчастіше неорганічні пігменти. Органічні пігменти – це малярська сажа, графіт і синтетичні барвники, що володіють високою фарбувальною здатністю. До них відносяться пігменти: жовтого,оранжевого, червоного, блакитного кольорів [21]

До штучних пігментів, одержуваних шляхом хімічної переробки сировини, відносять білила, крони, ультрамарин, малярську лазур і інші. До білих пігментів відносяться білила, крейда, вапно, алюмінієва пудра. Титанові білила представляють собою тонкий порошок діоксиду титану (TiO2). Їх вважають кращими із сучасних білил: вони світлостійкі, мають гарну покриваючу здатність, неотруйні. Застосовують для виготовлення масляних, емалевих та інших зовнішніх і внутрішніх фарб по металу, дереву, штукатурці. Цинкові білила (в основному оксид цинку ZnO) світлостійкі, неотруйні. Однак, як і свинцеві білила – білий порошок основного карбонату свинцю 2РbСО3 * Pb (ОН)2, недостатньо стійкі до дії лугів[6].

Пігменти можуть мати різне забарвлення в залежності від їх складу. Коричневі пігменти включають умбру і ряд змішаних пігментів, одержуваних із залізного сурику і мумії. Умбра, як і охра, відноситься до числа земляних фарб, тонкий порошок глини, пофарбований у природних умовах Fе2О3, МnО2 і іншими домішками в різні відтінки коричневого кольору. Зелені пігменти – оксид хрому, цинкова зелень і інші змішані пігменти. Сині пігменти – ультрамарин і блакить малярна. З групи червоних пігментів найбільш відомі : залізний сурик – тонкий порошок оксиду заліза цегляно-червоного кольору, штучна мумія, природна мумія – тонкий мінеральний порошок, пофарбований у природних умовах оксидами заліза в червоний колір, свинцевий сурик – порошок червоно-оранжевого кольору, що містить в основному PbO * Pb2O3. Чорні та сірі пігменти – малярська сажа, діоксид марганцю, тонкомолотий графіт. Малярська сажа – порошок майже чистого вуглецю [20].

Пігмент повинен мати такі властивості, як фарбувальну (властивість пігменту передавати свій колір білому пігменту), світлостійкість – властивість зберігати свій колір при дії ультрафіолетових променів, атмосферостійкість – властивість тривалий час протистояти впливу атмосферних факторів: води, кисню повітря, сірчистих та інших газів, зволоженню і висиханню, нагрівання і охолодження. Антикорозійні властивості характеризують здатність пігменту (у поєднанні з відповідним сполучною) утворити покриття, що захищає сталь від корозії [7].

 

 

2.1.Характеристика технології виробництва водоемульсійних фарб

Водоемульсійні фарби складаються з плівкоутворювальних речовин, пігментів, наповнювачів, води і допоміжних функціональних речовин  - емульгаторів, диспергаторів, стабілізаторів, згущувачів, піногасників, антисептиків, інгібітори корозії, а також з структуруючих  добавкок.

Плівкоутворювальні речовини. До головних плівкоутворювальних речовин, що входять до складу фарб відносять водні дисперсії – поливінілацетатна, сополімерацетатна, поліакрилова, а також стирольний латекс.

Дисперсія полівінілацетатна – біла в’язка рідина. Ця дисперсія випускається в  пластифікованому і непластифікованому виді і застосовується в якості зв’язуючого і клею в різних галузях промисловості. Вона утворює  гладкі, однорідні покриття, що мають задовільну адгезію.

Сополімерна дисперсія – продукт емульсійної сополімеризації мономерів (в відповідності 2:1 по масі) в водному середовищі в присутності емульгатора – полівінілового спирту і персульфату амонію. На зовнішній вигляд дисперсія в’язка, білого кольору, світло-, масло- , бензостійка. Порівняно з полівінілацететною дисперсією вона має кращі захисні властивості, а також водостійка[13].

Латекс синтетичний – продукти сополімнризації бутадієну зі стиролом (в співвідношенні 35: 65 по масі) в водяній емульсій в присутності нікелю і натрієвого мила в якості емульгатора. Латекс повинен бути стабільним в присутності пігменту , і не має залишати грудо к і крупинок під час перемішування протягом 2 годин.

Водна дисперсія акрилового сополімера – продукти суміші емульсійної сополімеризації трьох мономерів - метилметакрилату, бутилметакрилату і метакрилової кислоти. Сополімер утворює світло- і атмосферостійке покриття, міцне при згинанні і з хорошою адгезією. Водоемульсійні фарби найчастіше використовують для зовнішніх робіт, адже такі покриття довготривалі[28].

Пігменти і наповнювачі. Із неорганічних пігментів у виробництві водоемульсійних фарб найчастіше застосовують двоокис титану, свинцеві і стронцієві крони, ультрамарин, оксид хрому, залізо окисні і земляні пігменти. Не рекомендується використовувати свинцеві білила, через їх токсичність, цинкові білила і крони, які не поєднюються з водними полімерними дисперсіями[7].

В водоемульсійні фарби, які застосовують для покриття металічних поверхонь, додають інгібіторні пігменти (хромат стронцію, силікохромат свинцю і ін.), що оберігають від корозії. Із органічних пігментів використовують азопігменти (червоний пігмент, оранжевий, жовтий і ін.) і фталоціанінові (блакитний, зелений), а з наповнювачів застосовують тальк і барит, рідше – крейду і азбест, а каолін в деяких випадках можуть використовувати як  добавку.

Вода. Водоемульсійні фарби складаються з 50% води, причому половина входить в склад плівкоутворювача, а інша половина на розведення фарби для доведення її до консистенції , щоб отримати бажаний результат. Тому якість води повинна відповідати всім вимогам. Рекомендується використовувати дистильовану, або пом’якшену воду. Для пом’якшення води застосовують натрій-катіонний фільтр[5].

Допоміжні речовини і добавки регулюють певні властивості водоемульсійних фарб. До них відносять диспергатори – це речовини, змочувальні пігменти і наповнювачі, що пришвидшують їх диспергування в рідкому середовищі і рівномірний розподіл у фарбах. До числа диспергаторів відносять поліфосфати ( поліфосфат натрію, триполіфосфат натрію та ін.). Емульгатори – речовини, які надають стійкості. До них належать солі жирних кислот і інші поверхнево активні речовини( ПАР). Стабілізатори – поверхнево активні речовини, що входять до складу емульсійних фарб, які покращують стабільні властивості як при переробці, так і при експлуатації. Найбільш вживаним стабілізатором є лейканол – натрієва сіль продукту конденсації нафтилсульфокислоти і формальдегіду. До згущувачів відносять речовини, що покращують в’язкість фарб, це можуть бути мінеральні речовини – бентоніт, прожарені глини. Антисептики – це добавки, які роблять фарбу стійкою до впливу мікроорганізмів і плісняви. Піногасники – речовини, що запобігають піноутворенню в процесі виготовлення і нанесення водоемульсійних фарб. Структуровані добавки – надають фарбам пластичності і в’язкості, запобігаючи їхньому розшаруванню[27].

Склад. Водоемульсійні фарби складаються з 35-40% плівкоутворювальних речовин, 30-40% – елементів з наповнювачами, 20-25% води і 2,5% добавок. Правильний вибір компонентів і їх співвідношень дозволяє виготовляти високоякісні водоемульсійні фарби, задовольняючи вимоги різних галузей народного господарства.

Для отримання зовнішніх покриттів, які повинні володіти високою атмосферною стійкістю, водостійкістю і стійкістю до старіння найбільш придатні водоемульсійні фарби, які мають в якості плівко утворюючої речовини акрилатні полімери, а також сополімери вінілацетата, а в якості білого пігмента – двооксид титана рутильної модифікації. Для внутрішніх покриттів застосовують полівінілацетатні, а також менш стійкі до старіння бутадиен-стирольні фарби, які містяться в якості білих пігментів двооксиду титана анатазної модифікації[2].

Технологічний процес виготовлення водоемульсійних фарб складається з наступних етапів: приготування напівфабриката – водяного розчину допоміжних речовин ( добавок); диспергування в напівфабрикаті пігментів і наповнювачів; змішання пігментних паст з попередньо підготовленою водяною дисперсією плівко утворюючої речовини ( емульсії або латексом); типизація і розлив готової фарби в тару.

Для диспергування застосовують фарборозтирочні машини, шарові млини, аттріторі і бісерні (рідше – пісочні) млини.

Технологія утворення водоемульсійних фарб розпочинається із приготування розчину добавок додаванням до нього води, утворений розчин за допомогою насосу прямує в бункер для пігментів, в змішувач. Потім подається в проміжний змішувач і мельницю. Останнім етапом являється подача зваженої емульсії зі сховища для емульсії (рис.2.1.).

 

 

Рис. 2.1. Схема виробництва водоемульсійних фарб[3]:

1-суміш для приготування розчину  добавок; 2-вага; 3-сховище для емульсії; 4-насос; 5-сітчастий фільтр; 6-змішувач; 7-проміжний змішувач; 8-бункер для пігментів; 9-мельниця; 10-змішувач

 

Кольорові водоемульсійні фарби відрізняються від білих наявністю невеликої кількості ( в середньому 0,3- 1,3%) кольорових органічних або неорганічних пігментів, надаючи їм потрібний відтінок. Для складання кольорових фарб служать одноколірні пасти одержані перітором на перетирних машинах замісів кольорових пігментів в середовищі напівфабрикатів-суспензій допоміжних речовин в демінералізованій воді[27].

До кольорових паст входять жовтий світлостійкий пігмент, голубогий фталоціаніний, сурік залізний і складають 25%, наступні 75% – сполучні- напівфабрикати; червона паста містить 60% пігменту і 40% напівфабрикату; пасти ультрамарину і мумії містить по 50% пігменту і 50% сполучного, а пасти пігмента залізокисного жовтого, залізокисного червоного і охри містять відповідно 40 і 60 %.

Виробництво кольорових водоемульсійних фарб розпочинається з подачі в замішувач кольорових пігментів і напівфабрикатів, утворена сировина за допомогою нососів направляється в фарботеркову машину, а потім в діжку з якої потрапляє в змішувач де міститься біла фарба, після змішування  готову  продукцію   відправляють   на  склад   (рис. 2.2.).

 

 

Рис.2.2. Схема виробництва кольорових водоемульсійних фарб[2]:

1-замісочна; 2-змішувач; 3- фарботеркова  машина; 4- ємкість; 5-діжка; 6-насос; 7-ваги

 

Виробництво кольорових водоемульсійних фарб включає допоміжні (порівнюючи з виробництвом білих) операції заміс і перетир на фарборозтирочній машині підколіровочних паст і підгонка кольору при типізації фарби в змішувачі.

Водоемульсійна фарба на відміну від масляних фарб, емалей і інших пігментних лакофарбових матеріалів не містить в своєму складі рослинних масел і токсичних органічних розчинників. Це обумовлює їх економічність, нешкідливість та негорючість. До достоїнств і переваг водоемульсійних фарб слід також віднести їх можливості нанесення на вологу поверхню, швидке затвердіння при повітряному сушінні ( 1-2 г), добру  світлостікість і здатність до утворення достатньо стійких покриттів [19].

До недоліків фарб відносяться порівняно невисокі морозостійкість і водостійкість покриттів, а також відсутність стабільності фарб в процесі їх зберігання.

Водоемульсійні фарби призначенні для зовнішнього забарвлення будівель і споруд, а також для виконання фарбувальних робіт всередині приміщення по пористих поверхнях (дерев’яних, цегляних, бетонних, штукатурених і ін.), по заґрунтових металічних поверхнях і по старих покриттях емалями, масляними і водоемульсійними фарбами[3].

Фарби наносять на поверхню фарборозпилювачем, пензлем або валиком при температурі не нижче 8 оС. Можливе також нанесення наливом і методом електроосадження.

 

2.2.Характеристика технологія виробництва емалей

Виробництво емалі розпочинається з подачі в бункер сировини. При виробництві всі ємкості устаткування переважно використовують з неіржавіючої сталі або глазуровані всередині, оскільки водоемульсійним фарбам характерне агресивне середовище з показником рН від 8 до 10 і вище. Далі відбувається подача в змішувач (міксер), за допомогою шнекового транспортера, який складається з металевої закритою труби, усередині якої обертається вал з лопатями (шнек). При обертанні шнека лопаті проштовхують продукт вгору по трубі. Шнековий транспортер використовується самостійно або разом з пакувальною машиною при тривалому режимі роботи. Особливістю шнекового транспортера є запобігання розпилення продукту в період транспортування, а також простота і доступність в обслуговуванні[22].

У змішувачі відбувається перемішування рідких, (в'язких і пластичних) продуктів з додаванням сипучих компонентів. Всередині робочої ємності розташована лопастева мішалка з нержавіючої сталі, яка забезпечують рівномірне і якісне перемішування. Завантаження продукту здійснюється через відкидну кришку на петлях (рис. 2.3.). Для повного вивантаження продукту та очищення робочої ємності конструкція змішувача передбачає наявність перекидання. Наступний етап полягає в розливі фарб. Сортування матеріалу може відбуватися як і подача рідинних компонентів – на вагову платформу встановлюється тара, відкривається кран і матеріал подається під тиском стисненого повітря.