Экологические проблемы при производстве краски

                                                Содержание 

       Введение

       1 Характеристика сырьевых материалов

       2 Номенклатуры выпускаемой продукции

       3 Выбор и обоснование технологической  схемы

       4 Описание технологического процесса

       5 Инженерная защита окружающей  среды

       Список использованной литературы

       Приложение 1  Патент на фильтр для мокрой очистки  газа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                  Введение  
 

В настоящее  время на прилавках магазинов  можно увидеть изобилие лакокрасочных  изделий во всевозможных упаковках  и самого разнообразного назначения. Уже практически не осталось таких  поверхностей, для которых нельзя было бы подобрать определенный тип  и марку лака и краски. Сейчас можно не только приобрести краску подходящего цвета, но и нужный оттенок  с помощью автоматических колеровочных установок или готовых колеровочных паст. Актуальность заключается в том ,что лакокрасочные материалы необходимо производить на современном уровне развития производства т.к. они обеспечивают защиту материала от вредного  воздействия факторов окружающей среды и служат декоративным элементом в быту.

       Лакокрасочные материалы (ЛКМ) имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они  оберегают дерево от гниения, металл - от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы  и других воздействий и удлиняющие срок их службы, а также придают  им красивый внешний вид. Лакокрасочные  покрытия долговечны. Для их нанесения  не требуется дополнительное, сложное  оборудование, и они легче обновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются  как в быту, так и во всех отраслях промышленности, на транспорте и в  строительстве.

Целью курсовой работы является:

       -развить  навыки у студента-эколога в  принятии самостоятельных решений  при разработке экологически  чистых технологий в производстве  строительных материалов и изделий;

       -определение  меры безопасности для получения  качественной готовой конструкции;

       -дать  оценку воздействия разработанного  технологического процесса на  окружающую среду.

В процессе выполнения проекта должны решиться следующие задачи:

       -Выбор  оптимально-прогрессивной технологической  схемы;

       -Подбор  современного высокопризводительного оборудования;

       -Выбор  экономного расходования материальных  и топливных ресурсов;

       -Предложить  внедрение современного очистного  оборудования.

       В 1997 году насчитывалось около 7500 производителей различных покрытий.

Рынок лакокрасочных покрытий подразделялся  на следующие сектора:

       - декоратирвные покрытия 50 %

       - покрытия для автоматического комплектного оборудования 6 %

       - ремонтные покрытия 5 %

       - покрытия для консервной тары 3 %

       - покрытия для рулонного проката 2 %

       - другие покрытия ,включая покрытия промышленного назначения 32 %

Мировой рынок красок в 2006 по регионам: северная америка 29.4 %, западная европа 25.7%, восточная европа 12.9%, япония 7.2%, страны азиатско –тихоокеанского региона15.2% , южная америка 5.7%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                            2 Характеристика сырьевых материалов 
 

В состав красок входит множество компонентов. Их подбор осуществляется в зависимости  от метода нанесения краски, приданию краске желаемых свойств, особенностей покрываемой поверхности, экологических и экономических требований. Основными компонентами входящими в состав красочных изделий являются: связующие вещества , пигменты, наполнители.

Связующие (пленкообразующие) вещества

Связующими  веществами в красочных составах являются следующие материалы: полимеры - в полимерных красках, лаках, эмалях; каучуки - в каучуковых красках; производные  целлюлозы - в нитролаках; олифы - в  масляных красках; клеи (животный и  казеиновый) - в клеевых красках; неорганические вяжущие вещества - в цементных, известковых, силикатных красках.

       Полимеры  применяют в красках и лаках  вместе с растворителем, а также  в сочетании с олифой или цементом (полимерцементные красочные составы). Применение синтетических полимеров  значительно сократило расход растительных масел на приготовление строительных красок и дало возможность выпускать новые виды долговечных и экономичных красочных составов. Хотя некоторые полимерные краски и лаки еще дороги, все же стоимость окраски 1 м2 поверхности полимерными составами, отнесенная к одному году эксплуатации, часто бывает ниже стоимости отделки другими строительными красками (известковыми и др.).

       Связующее вещество - главный компонент красочного состава, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость и долговечность  образующейся пленки. Связующее выбирают, учитывая и прочность его сцепления (адгезию) с основанием после затвердевания. Защитные свойства лакокрасочного покрытия по отношению к металлу, бетону или  другому материалу зависят как  от связующего, так и от примененного пигмента. Например, алюминиевый пигмент замедляет коррозию стали, в то время как малярная сажа ее ускоряет.

Пигменты

Пигменты  представляют собой тонкие цветные  порошки, нерастворимые в связующем  веществе и растворителе. От них  зависит не только цвет, но и долговечность  лакокрасочного покрытия. Подобно заполнителю  в строительных растворах и бетонах, пигмент уменьшает усадочные  деформации пленки при ее твердении («высыхании») и при колебаниях влажности  окружающей среды. Искусственные пигменты с большой красящей способностью разбавляют белым тонкодисперсным  наполнителем, что удешевляет красочный  состав.

       Неорганические  пигменты состоят из оксидов и  солей металлов различного цвета. Красочные составы, выпускаемые заводами, а также приготовляемые на месте строительных работ, содержат чаще всего неорганические пигменты. Органические пигменты - это малярная сажа, графит и синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей способностью. К ним относятся пигменты: желтый и оранжевый светопрочные, алый, голубой. Пигменты бывают природные (мел, охра, мумия, железный сурик, киноварь) и искусственные.

       К искусственным пигментам, получаемым путем химической переработки сырья, относят белила, кроны, ультрамарин, малярную лазурь и др. Белые пигменты. К ним относятся белила, мел, известь, алюминиевая пудра. Титановые белила представляют собой тонкий порошок  диоксида титана TiO2. Их считают лучшими  из современных белил: они светостойки, обладают хорошей кроющей способностью, неядовиты. Применяют для изготовления масляных, эмалевых и других наружных и внутренних красок по металлу, дереву, штукатурке. Цинковые белила (в основном оксид цинка ZnO) светостойки, неядовиты. Однако, как и свинцовые белила, недостаточно стойки к действию щелочей. Свинцовые белила - белый порошок основного карбоната свинца 2РbСО3*Pb(ОН)2. Вследствие токсичности их применяют редко. Темнеют при действии сероводорода, сернистого газа и других сернистых соединений. Поэтому свинцовые белила нельзя, например, смешивать с ультрамарином. Литопоновые белила, состоящие из осажденных ZnS и BaSO4, на свету желтеют. В связи с чем их применяют в смеси с голубым пигментом лишь для внутренних покрасок. Мел широко используется как пигмент и наполнитель для разбеливания цветных пигментов. Чаще всего входит в состав клеевых окрасок помещений, силикатных красок, побелок потолков. Воздушную известь применяют, главным образом, для побелки фасадов зданий. Алюминиевый пигмент имеет пластинчатую форму частиц, благодаря которой получают красочное покрытие, имеющее «панцирное» строение. Алюминиевая масляная окраска металлических конструкций предохраняет их от коррозии, поскольку образующаяся пленка водостойка, практически непроницаема для ультрафиолетовых лучей и долговечна. Желтые пигменты - кроны и охры. Цинковый крон (хромат цинка) применяют и основном для антикоррозионных окрасок металлических покрытий. Свинцовые кроны (на основе хромата и сульфата свинца) - это пигменты, имеющие цвет от лимонного до оранжевого. Желтые кроны изменяют свой цвет под действием раствора щелочей (краснеют).

       Коричневые  пигменты. Эта группа пигментов включает умбру и ряд смешанных пигментов, получаемых из железного сурика и  мумии. Умбра, как и охра, относится  к числу земляных красок. Это тонкий порошок глины, окрашенный в природных  условиях Fе2О3, МnО2 и другими примесями  в различные оттенки коричневого  цвета. Зеленые пигменты - оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сr2О3 обладает многими достоинствами: устойчив к действию щелочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Цинковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaSO4); она устойчива к действию щелочей. Синие пигменты: ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na2SO4 и углем). Наибольшее распространение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинивания белья, льна). Состав ультрамарина приближенно выражается формулой Na4Al3Si3S2O12. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультрамарин, разлагая его с выделением сероводорода и кремневой кислоты. Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fе4[Fе(СN)6]3. В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением Fe(OH)3. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет. Красные пигменты. Из этой группы пигментов наиболее известны: железный сурик - тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия - пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe2O3 и CaSO4, природная мумия - тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик - порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном PbO*Pb2O3. Редоксайд - красный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде

Наполнители

Наполнители: мел, молотый известняк или гипс, порошки сернокислого бария или  талька, не снижающие атмосферостойкости покрытия.  
 
 
 
 
 
 
 
 

                           3 Номенклатура выпускаемой продукции 

Эмали — лакокрасочные материалы, состоящие  из плёнкообразующей лаковой или  другой основы, продиспергированных в ней пигментов и наполнителей, специальных добавок, растворителей и разбавителей. В настоящее время нет чёткого разграничения терминов «эмаль» и «краска». Эмали иногда путают с эмалевыми красками. Как правило, термин «краска» применяется для водно-дисперсионных материалов, масляных красок (на основе олиф), порошковых красок, материалов для дорожной разметки и т. п.

       Эмалевые  краски, лаковые краски, суспензии  высокодисперсных пигментов (главным  образом неорганических) в лаках. Помимо основных компонентов, могут  содержать наполнители, пластификаторы, отвердители, сиккативы, матирующие добавки, разбавители. По типу пленкообразующего  вещества подразделяются на масляные, алкидные (глифталевые и пентафталевые), эпоксидные, кремнийорганические, нитроцеллюлозные (нитроэмали), полиакриловые и др. Э. к. наносят на предварительно загрунтованные и иногда зашпатлеванные поверхности  всеми известными методами.Высохшие Э. к. образуют декоративные и защитные покрытия, напоминающие по внешнему виду эмаль (отсюда название).

       Традиционные  алкидные эмали имеют время высыхания 24 часа. Выпускаются и быстросохнущие алкидные материалы с временем высыхания до 6 часов. Эмали бывают трех видов.

       Прозрачные, или сквозные, эмали. Употребляются  они для покрытия золотых и  серебряных изделий. Покрытые эмалью гладкие  или гравированные участки металла, просвечивая через эмаль, дополняются  его блеском и окраской. Прозрачные эмали обладают сильным блеском, чистым глубоким цветом, играют и переливаются на резном фоне металла.

       Глухие (или опаковые) непрозрачные эмали  применяются в основном на меди, а также и на других металлах. Их декоративные достоинства заключаются  в яркости цвета, превосходящей прозрачные эмали; блеске, сочности окрасок, в контрастах открытых частей металла' с цветом эмалей.

       Просвечивающие, или опаловые, эмали совмещают  в себе до известной степени качества первых двух. В зависимости от угла падающего света такая эмаль  кажется то сквозной (просвечивающей), то глухой с разнообразной игрой  цвета и переливами, напоминающими  густой опал.

       Эмали — это обыкновенные легкоплавкие стекла с температурой плавления  более низкой, чем температура  плавления (или даже размягчения  и деформации) тех металлов, на которые  они наносятся.

       Обычно  для получения цветных прозрачных (или глухих непрозрачных) эмалей сначала  готовят основной сплав-флюс, а затем  к этому бесцветному сплаву добавляют  различные красители и вновь  переплавляют. Одним из примеров такой  основы для современных ювелирных  цветных эмалей, которые выпускает  промышленность может служить бесцветный сплав (массовая доля, %) следующего состава (табл. 1).

Таблица 1- массовая доля (%) состава

Для прозрачных и наиболее легкоплавких эмалей в  настоящее время применяется  флюс следующего состава (массовая доля, %): оксид кремния —21,8; оксид бария  —5,5; оксид натрия —8,8; оксид титана —2,4; оксид свинца —61,5.

       Существует  много старинных, более простых  по составу рецептов флюса, требующих  тщательной проверки и уточнения, поскольку  они заимствованы из разных источников, недостаточно достоверных, или устных сообщений.

       Водно-дисперсионные  краски (или водорастворимые, или латексные, как их иногда называют) относятся к числу наиболее экономичных и удобных в нанесении продуктов. Доля их потребления по разным оценкам составляет от 30% до 80%. В интерьерах они применяются, в основном, для окрашивания стен и потолков.

       Водно-дисперсионные  составы не содержат органических растворителей, поэтому они практически не имеют  запаха и экологически чисты. Они  могут наноситься кистью, валиком  или распылителем. Образующееся покрытие имеет высокую адгезию практически  ко всем основаниям и обладает высокими эксплуатационными характеристиками.

       Данные  продукты выпускаются, как правило, белого цвета.

       Для получения нужного цвета или  оттенка (номенклатура практически  не ограничена) материалы колеруют. Для этого используют специальные  тонирующие красители, которые позволяют  добиться нужного оттенка. Разработаны  даже такие пигменты, которые позволяют  имитировать золото, серебро, платину, сталь или бронзу.

       Как правило, водно-дисперсионные материалы  теряют свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время они  должны храниться в отапливаемых помещениях.

       Масляные  краски — суспензии неорганических пигментов и наполнителей в олифах, изготовляемых из растительных масел  с достаточно высокой способностью к высыханию или маслосодержащих  алкидных смол. Пигментами в масляных красках служат двуокись титана, охра, железный сурик, окись хрома, свинцовый  крон и др. Наполнителями, которые  применяют, главным образом, для  экономии пигментов, служат тальк, каолин, слюда и другие. В качестве вспомогательных  компонентов в состав масляных красок вводят ускорители высыхания (сиккативы) — растворимые в олифах соли кобальта, марганца, свинца, а также поверхностно-активные вещества; последние облегчают диспергирование пигментов и наполнителей при получении масляных красок. В итоге номенклатуру выпускаемой продукции мы сведем в таблицу (2)

Таблица 2 Номенклатура выпускаемой продукции 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                  4 Выбор и обоснование технологического процесса 
 
 
 

Пигментированные  лакокрасочные материалы представляют собой сложные многокомпонентные  композиционные системы. В их состав входят: олигомеры (полимеры), пигменты и наполнители, растворители и разбавители, а также различные добавки  специального назначения (сиккативы, пластификаторы,. ПАВ и др.). Свойства пигментированных лакокрасочных материалов и покрытий на их основе определяются главным  образом свойствами олигомеров (полимеров) и пигментов, а также характером их физико-химического взаимодействия. Другие компоненты также могут оказывать  существенное влияние на реологические  свойства материалов, процессы их отверждения (образования покрытия) и эксплуатационные характеристики покрытия.

       Несмотря  на то, что любой технологический  процесс производства эмалей включает одни и те же основные операции, вести  его можно различными способами. Технологических методов производства эмали несколько:

       - метод цветных паст;

       - метод однопигментных (одноколерных) паст;

       - метод однопигментных полуфабрикатных эмалей;

       - метод белой базовой эмали.

При первом способе, диспергированию в растворе лака ПФ-060 повергается вся смесь пигментов, а также, чаще всего и наполнителей, предусмотренная по рецептуре. Предварительное смешивание пигментов, наполнителей и лака производится в смесителях –диссольверах с высокоскоростной мешалкой «типа фрезы». Затем пигментная паста с помощью насоса с малой скоростью подается в бисерную мельницу, в которой происходит основной процесс диспергирования (измельчения, размола). По другому способу каждый пигмент (или смесь пигментов одного цвета) отдельно диспергируют в лаке, в результате чего получают разноцветные однопигментные (или одноколерные) пасты, которые смешивают при составлении эмали (способ одиопигментных паст). Третий способ полуфабрикатных эмалей, применяемый при получении цветных жидких лакокрасочных материалов где пигменты и наполнители, а также остальные компоненты краски диспергируют совместно .Это обусловливает повышенные требования к качеству исходного сырья и необходимость строгого соблюдения технологических режимов вначале также получают однопигментные (или одноколерные) пасты, после чего их разбавляют (лаком, растворителем) до вязкости, близкой к вязкости готовой эмали, и только после этого смешивают в соотношениях, зависящих от цвета приготавливаемой эмали. Разбавленные одиопигментные (одноколерные) пасты обычно называют моднопигментными полуфабрикатными эмалями.

       Для получения красок, соответствующих  показателям ГОСТ или ТУ, необходимо точное дозирование компонентов  Стабильные системы можно получить лишь в том случае, когда происходит не простое смешение компонентов, а  диспергирование, т е когда происходит дезагрегация исходных компонентов и образуются новые смешанные агрегаты с большой поверхностью контакта между разнородными частицами Получению таких смесей способствуют близость компонентов по полярности, высокая степень их дисперсности и хороший контакт между частицами при смешении При использовании жидких компонентов необходимо создать условия для полного их впитывания частицами твердых веществ, входящих в композицию

       Технологический процесс может быть организован  по периодической или непрерывной  схеме.

       В последнее время получил распространение  еще один способ производства эмалей — на основе белых базовых эмалей. По этому способу вначале получают одноколериую белую эмаль (так называемую «базовую») и затем на ее основе готовят цветные эмали добавлением к ней колеровочных паст (концентрированных или разбавленных).

       Производство  эмалей способам однопигментных паст обеспечивают более тонкую колеровку готового продукта по сравнению со способом, в котором предусмотрено диспергирование смеси всех пигментов в лаке. При применении этого метода повышаются производительность труда и коэффициент использования оборудования, а также облегчаются автоматизация процесса и переход от выпуска эмали одного цвета к другому. В наибольшей степени все эти преимущества проявляются при массовом производстве эмалей.  

       Выбор способа производства эмали в  каждом конкретном случае должен производиться  с учетом масштабов производства, ассортимента готовой продукций  и требований к ее качеству, поэтому мы выбрали способ однопигментных паст. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                          5 Описание технологического процесса 
 

Пигментированные  материалы изготавливают на основании, как однофазных, так и двухфазных жидких пленкообразующих систем. К  первым относятся растворы олигомеров в органических растворителях, олифы, и растворы природных соединений. Ко вторым водные и органодисперсии полимеров. Ниже в качестве примера мы рассмотрим производство эмалей:

1-3- бисерные  диспергаторы; 4-6- дисвольверы; 7-9-бункера; 10-12- шнековые дозаторы 13-15, 21-дозировочные     агрегаты;    16-18-накопители; 20- смеситель; 19, 23- насос; 22- фильтр

Рисунок 1 –технологическая схема непрерывного производства цветных  эмалей способом однопигментных паст

Каждый  пигмент диспергируют в лаке в отдельности на бисерных дис-пергаторах /—3. На схеме их показано три, но никогда требуется больше — ло числу пигментов, входящих в рецептуру. Приготовление пигментных паст производят на попеременно работающих быстроходных смесителях (дисоль-верах) —4, 5 и 6. Такая работа дисольверов обеспечивает непрерывную работу бисерной мельницы. В дисольверы пигменты подают нз бункеров 7, 8 и 9 шнековыми дозаторами 10—12. Растворитель и лак поступают в дисольверы через дозировочные агрегаты 13, 14 и 15. Готовую пасту собирают в накопителях 16—18. Подача пасты в бисерные диспергаторы и в накопители осуществляется насосами 19. Составление эмали производят в смесителях 20. Отдельные компоненты эмали дозируют н подают в смеситель дозировочным агрегатом 21. Стандартизацию эмали проводят также в смесителях. Готовую эмаль очищают на фильтрах 22, через которые она прокачивается насосами 23, и направляют на фасовочный агрегат. 

       Основными операциями технологического процесса производства эмалей являются: смешение пигментов (наполнителей) с раствором  олигомера (полимера), т.е. приготовление  пигментной пасты; диспергирование  пигментной пасты; составление эмали; очистка и фасовка эмали.

       Приготовление пигментной пасты обычно проводится в специальных смесителях, выбор  конструкции которых зависит  от аппаратурного оформления операции диспергирования. Так, если диспергирование  ведут на валковых краскотерочных машинах, то для приготовления пасты используют смесители-с z-образными или планетарными мешалками. В том случае, когда  диспергирование проводят в бисерных диспергаторах, пасты готовят в быстроходных смесителях с дискозубчатымн мешалками (дисольверах). В случае же использования в качестве диспергаторов шаровых мельниц для приготовления пасты нет необходимости использовать специальный смеситель: ее готовят непосредственно в шаровой мельнице. При приготовлении пигментных паст используют полностью количество-пигментов и наполнителей, рассчитанное по рецептуре. Пленкообразующие вещества расходуются лишь частично.

       После диспергирования к пигментной пасте  добавляют оставшееся количество пленкообразователя и специальные добавки (сиккативы,       пластификаторы и т. п.). Эта операция по существу и является процессом составления эмали. Затем эмаль стандартизируют (на производстве это называют «постановкой на тип») по вязкости и цвету добавлением     растворителей и колеровочных паст. Для того чтобы лакокрасочное покрытие имело красивый внешний вид эмаль не должна содержать даже единичных пигментных агрегатов, а также посторонних загрязнений (пыли, волосков, волокон и т. п.). Попадание этих веществ в покрытие приводит к снижению его защитных свойств, поэтому эмаль обязательно подвергается тщательной очистке на фильтрах или центрифугах.