Технология производства ВД-АК

 Содержание.

1. Введение………………………………………………………….…….4
2. Обзор литературы……………………………………………….…….7
1.     Водная дисперсия сополимера……………………………...………..7
2. Пигменты…………………………………………….….….….…….10
3. Наполнители………………...……………………………………….12
4. Функциональные добавки...………………………………...………14
5. Разбавители………………………………………………….…….....32
3. Обоснование выбора технологического процесса……………............32 
   3.1. Выбор оборудования …………………………………………..………33
4. Технологическая часть……………………………………………….....34
1. Характеристика производимой продукции…………………..……..34
2. Технические требования к краскам ВД-АК 1180…………….……..36
3. Характеристика исходного сырья и материалов……………..……..37
4. Стадии технологического процесса…………………………….........39
5. Описание технологического процесса……………………………….40
6. Рецептура краски ВД-АК-1180 фасадной……………………………42
7. Изготовление краски ВД-АК-1180 фасадной………………….…….43
5. Нормы технологического  режима……………………………………....45                                                          
6. Материальный баланс…………………………………………………….46

7.Ежегодные нормы расхода сырья, материалов и энергоресурсов………48                                                                                         

8. Нормы образования отходов……………………………….…………49 

9. Расчет материального баланса………………………………………...52

10. Расчёт  количества диссольверов.……………………………………57 

11. Расчёт оборудования………………………………………………….58 

12. Тепловой расчет……………………………………………………….59 

13. Возможные неполадки в работе и способы их ликвидации………..61

14. Возможные аварийные ситуации…………………………………….62

15. Нововведения………………………………………………………….63

16.Список использованных источников…………………………………64 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация 
 

Настоящий курсовой проект выполнил Филиппов А.А. по производству водно-дисперсионной краски ВД-АК 1180. Кафедра ТВМС, ИГХТУ, 2011г.

  В настоящем курсовом проекте предложена усовершенствованная 
перспективная технология производства краски ВД-АК 1180,

  В проекте предусмотрено использование следующего основного 
оборудования:

• Эмульгатор (дисольвер);
• Электронные весы платформенные.

Принятое аппаратурно-технологическое оформление производства обеспечивает высокое качество изготовляемой продукции. 

1.Введение/1/

     В настоящее время лакокрасочные покрытия - основное средство 
защиты и отделки объектов, предметов и изделий разного назначения. На их 
долю приходится около 80 процентов противокоррозионной защиты изделий 
машиностроения, свыше 90 процентов поверхности зданий и строительных 
конструкций, подвергающихся окрашиванию, Нанесением лакокрасочных 
покрытий заканчивается процесс производства изделий мебельной, 
кожевенной, обувной, автомобильной, полиграфической промышленности, 
многих резиновых изделий.

     Велика роль лакокрасочных покрытий как основного средства 
электроизоляции, герметизации, защиты от излучения, декоративной 
отделки в электротехнической и электронной промышленности, при 
производстве космических кораблей и летательных аппаратов.

     С развитием потребляющих отраслей промышленности все более 
возрастают требования к лакокрасочным покрытиям. Сейчас уже нельзя 
говорить об универсальных покрытиях, как это было несколько 
десятилетий назад. Все более существенной становится роль покрытий 
целевого назначения: химически -, термо -, морозо-, огне - и радиационно- 
стойких, антифрикционных, антиадгезионных, оптически прозрачных и 
многих других.

     Такие покрытия необходимы для борьбы с кавитацией, 
обледенением, грязеудержанием, обрастанием в морских условиях 
микроорганизмами, для целей звукоизоляции, светомаскировки и 
создания источников света, решения ряда санитарно-гигиенических задач.

В связи с этим лакокрасочная промышленность выпускает 
обширный ассортимент лакокрасочных материалов: лаки, эмали, краски, 
грунтовки шпатлевки, различные вспомогательные материалы, которые 
находят широкое применение в различных отраслях промышленности, в  строительстве, на транспорте, в быту. В последние годы ассортимент лакокрасочных материалов значительно расширился. Основой любого лакокрасочного   материала   является   лак   или   смола – раствор пленкообразующего вещества в легколетучем органическом растворителе. Все  большее  применение  находят  материалы  на  основе  акриловых сополимеров,      алкидных,      эпоксидных,      аминоформальдегидных,  кремнийорганических и других видов смол.

     В настоящее время все большее распространение получают 
пленкообразующие вещества на основе акриловых сополимеров. Это 
обусловлено сочетанием комплекса ценных свойств покрытия на основе 
этих сополимеров с наличием сырьевой базы для их получения. При 
производстве акриловых сополимеров наиболее полно реализуются 
условия широкого варьирования свойств лакокрасочных материалов. На 
основе акриловых сополимеров получают эластичные, атмосферостойкие 
покрытия с высокой механической стойкостью и высоким блеском. 
Благодаря хорошим технологическим свойствам и высокому качеству 
покрытий эти материалы начинают вытеснять с рынка давно 
применяемые изделия на основе алкидных олигомеров.

     Свойства акриловых сополимеров можно варьировать в широких 
пределах, вводя в их состав мономеры с различными свойствами.

    В связи с крайне неблагоприятной экологической ситуацией все 
большее значение приобретают водно-дисперсионные лакокрасочные 
материалы (ВД-ЛКМ), производство и применение которых не

связано с использованием токсичных и пожароопасных органических 
веществ.

    К их основным преимуществам относятся низкая токсичность, 
быстрое высыхание, возможность окрашивать влажные поверхности и 
проводить окрасочные работы при повышенной влажности воздуха.

        Применение таких материалов позволяет исключить использование 
токсичных и пожароопасных растворителей, которые при отвержении 
ЛКМ безвозвратно испаряются в атмосферу. Кроме того, при работе с  этими материалами снижаются требования к охране труда, пожаро - и 
взрывоопасность окрасочных работ, не требуется применение 
оборудования для производства и нанесения во взрывозащитном 
исполнении. Таким образом, использование ВД-ЛКМ приводит к 
экономии на себестоимости безвозвратно теряемых растворителей, 
вентиляции и мероприятиях по технике безопасности, позволяет сделать 
процесс окрашивания безвредным и пожаробезопасным.

    В последнее время ВД-ЛКМ широко применяют в строительстве для 
наружной и внутренней отделки. В Европе более 600 тыс. т водных 
дисперсий полимеров ежегодно используют для производства 
строительных ЛКМ различного назначения. Такие материалы должны 
решать задачи не только декоративной отделки зданий и сооружений, но и 
защищать постройки от действия влаги, солнечного света, механических или 
химических повреждений. Наиболее перспективны в этом отношении 
материалы на основе водных дисперсий акриловых сополимеров. 
Рецептуры этих ЛКМ достаточно сложны и могут содержать 10-20 
различных компонентов. 
 
 
 

            2. Обзор литературы

            2.1 .Водная дисперсия сополимера

    Водная дисперсия сополимера играет роль связующего вещества и отвечает за основные свойства покрытия. Под водными дисперсиями сополимеров подразумевают полимерные дисперсии, в которых обязательным компонентом дисперсионной среды является вода, а дисперсионной фазы - частички латекса. Агрегативная устойчивость таких дисперсий обеспечивается введением эмульгаторов (ионогенных ПАВ). /2/.

        В виде водных дисперсий в настоящее время применяют полимеры и олигомеры - например, сополимер акриловой кислоты и стирола:

      Звенья производных акриловой кислоты в составе сополимера придают пленке эластичность, причем этот эффект увеличивается с увеличением длины алкильного радикала. Стирол, наоборот, придает жесткость покрытию. Путем регулирования соотношения компонентов можно получать сополимеры, удовлетворяющие различным требованиям.  /2/.

    Формирование   покрытия   из   водно-дисперсионной   лакокрасочной композиции происходит в результате коагуляции ее на подложке. Среди коагуляционных  воздействий   наиболее   часто  для  этого  используется концентрирование водно-дисперсионной краски на подложке в умеренно тонком слое за счет испарения воды 

I - исходная дисперсия; II - промежуточный гель; III - пленка;  
астабилизация; Б - синерезис; В - аутогезионные процессы.

    Первый этап, связанный с удалением основной части воды, 
заканчивается образованием промежуточного геля. 

    Вторая стадия - синерезис (сжатие) промежуточного геля. Так как пленкообразующие дисперсии состоят из деформируемых частиц, то эта стадия может протекать и без принудительного испарения воды, а лишь за счет самопроизвольного сжатия геля. Однако под влиянием принудительного испарения влаги синерезис промежуточного геля протекает с большей скоростью. Завершается вторая стадия практически полным удалением воды из пленки и деформацией полимерных частиц.

    Основу третьей стадии пленкообразования составляют аутогенные процессы, заключающиеся в ликвидации физических границ между полимерными частицами.

    Обычно аутогенные процессы заканчиваются за несколько суток. В течение этого времени технические свойства пленок заметно улучшаются. /3/.

    Пленкообразование дисперсий с малым размером частиц протекает равномернее, чем грубых дисперсий того же состава. Кроме того,  дисперсии с мелкими частицами имеют более низкую минимальную температуру пленкообразования (МТП), образуют покрытия лучшего качества, с более высокими водостойкостью и блеском. Поэтому акриловые дисперсии для лакокрасочных материалов на их основе должны иметь частицы диаметром 100-200 нм. /4/

    Дисперсия играет в рецептуре самую главную роль. От ее типа зависят конечные свойства всего покрытия. Еще больше свойства покрытия зависят от количества дисперсии в рецептуре. Недостаток дисперсии может привести к ухудшению блеска покрытия, увеличению его пористости, снижению прочности пленки вплоть до того, что покрытие превратиться в побелку. Избыток дисперсии, наоборот способствует улучшению прочностных и декоративных характеристик покрытия, но только в том случае, если это увеличение сопровождается увеличением других необходимых компонентов рецептуры (коалесцентов, добавок и др.).

    2.2. Пигменты

    Пигменты в рецептурах ВД-ЛКМ используют не только для обеспечения необходимых укрывистости и цвета покрытий, но и повышения атмосферостойкости и стойкости действию УФ-излучения. В настоящее время наиболее широко применяемым белым пигментом является диоксид титана благодаря более высокому коэффициенту' преломления, чем у оксида и сульфида цинка и литопона. Последние мало используются, потому что не обеспечивают высокой белизны и укрывистости покрытия, более склонны к мелению. Обычно их применяют в рецептурах специальных фунгицидных покрытий для зашиты каменной кладки.

    В качестве цветных пигментов можно использовать как органические, так и неорганические соединения. Благодаря более высокой светостойкости,  химической стабильности, лучшей диспергируемоемости в рецептурах ВД- ЛКМ применяют преимущественно неорганические пигменты, например оксиды железа или хрома.  Органические пигменты, как правило, используют в виде пигментных паст для колерования красок.

     Кроме того, в последнее время в качестве пигментов применяют так называемые белые органические пигменты, представляющие собой непрозрачные частицы непленкообразующих полимерных дисперсий размером 300—400 нм. Имеющие большое количество стирольных и карбоксильных групп. Частицы полимера имеют пустоты, заполненные воздухом,  остающиеся в высушенном покрытии. Из-за различия коэффициентов преломления полимера и воздуха свет рассеивается, и покрытие становится непрозрачным. Кроме того, благодаря оптимальным размерам непрозрачные частицы разделяют частицы диоксида титана, обеспечивая лучшее его распределение в отвержденном покрытии.

Такие непленкообразующие полимеры обычно получают методом 
двухстадийной эмульсионной полимеризации, протекающей с образованием 
частиц типа ядро—оболочка. Ядро содержит полимер, насыщенный карбоксильными группами, а оболочка - твердый полимер с высоким содержанием стирола и высокой температурой стеклования, практически не содержащий карбоксильных групп. После завершения полимеризации и добавления аммиака вещество ядра сильно набухает в воде. В процессе сушки покрытия вода и аммиак испаряются и в ядре образуются пустоты, заполненные воздухом, или поры.

    Органические белые пигменты в настоящее время используют для частичной замены дорогого диоксида титана в рецептурах латексных красок.  Применение их в рецептурах отделочных материалов ограничено из-за неявного преимущества в цене и невозможности получать глянцевые покрытия.

      Диоксид титана: встречается в природе в трех кристаллических структурах: брукит, анатаз и рутил. Брукит технического значения не имеет.  Модификации отличаются формой кристаллических решеток и имеют 
разные коэффициенты преломления: рутил — 2,70, анатаз — 2,55. Более высокий коэффициент преломления обеспечивает пигменту рутильной модификации большую укрывистость, что является его основным преимуществом по сравнению с анатазом. Кроме того, более высокая фотохимическая активность пигмента анатазной формы приводит к тому, что покрытия с его применением менее устойчивы к действию УФ-излучения и мелению. Таким образом, диоксид титана анатазной модификации может быть использован только в рецептурах красок для внутренних работ.  Применение более дорогой рутильной модификации позволяет повысить укрывистость красок и стойкость покрытий к действию УФ-излучения, т.е. в рецептурах ЛКМ для наружных работ необходимо использовать только рутильную форму диоксида титана

     Цветные пигменты: применяемые в рецептурах ВД-ЛКМ, могут быть неорганическими (оксиды или сульфиды железа, кадмия, хрома, свинца,  молибдат свинца, кобальт синий, газовая сажа) и органическими  (фталоцианиновые азопигменты, хинокридоксы, перилены, карбазолы). Более дешевые неорганические пигменты обеспечивают высокую устойчивость покрытий к УФ-излучению, но не позволяют получать краски ярких цветов.  Для наружных покрытий целесообразно применять только оксиды металлов.  Во многих случаях это способствует повышению устойчивости покрытий к действию щелочей. По экологическим причинам в настоящее время оксиды железа являются основными используемыми цветными неорганическими пигментами. Токсичные соединения свинца и кадмия в некоторых случаях можно заменить ванадатом висмута. 
 

                                              2.3. Наполнители 
          Наполнители - неорганические соединения, имеющие более низкий коэффициент преломления, чем пигменты (согласно din 55943, 55945 значение коэффициента преломления для наполнителей менее 1,7). Перечень стандартных пигментов и наполнителей различных кристаллических форм и значения их коэффициентов преломления приведены в табл. /2,1/

                                                                                                                                                                  Таблица /2.1 /

     Перечень стандартных пигментов и наполнителей различных кристаллических форм и значения их коэффициентов преломления.

    Большинство наполнителей — это природные минералы: кальцит, мел,  доломит, каолин, тальк, слюда, диатомитовая земля, барит, кварц. Но некоторые из них получены реакцией осаждения (карбонат кальция или сульфат бария, пирогенный диоксид кремния). Плотность обычных наполнителей составляет 2,5—2,8, барита — 4 г/см³.

     Наиболее часто применяемым наполнителем является карбонат кальция. В Западной Европе карбонат кальция в форме кристаллического кальцита и аморфного мела составляет 80—90% всех используемых наполнителей. В рецептурах многих ЛКМ в качестве наполнителя применяют только кальцит.

     Однако в рецептурах матовых красок может быть использовано до шести видов различных наполнителей, отличающихся по размеру частиц,  кристаллической форме и активности.

     Как правило, наполнители используют для снижения стоимости материалов,  но иногда они могут применяться и для модификации свойств красок. При использовании наполнителей можно достигать значений ОКП > КОКП. При которых, заполненные воздухом поры обеспечивают укрывистость высушенной пленки, позволяя таким образом экономить дорогой диоксид титана.

     Наполнители повышают твердость покрытий, укрывистость и удельный вес краски, снижают ее себестоимость. Кроме того, тип наполнитетеля влияет на атмосферостойкость, устойчивость к истиранию, блеск покрытий, их устойчивость к загрязнению и газопроницаемость, а также на реологические свойства красок.

     Основными свойствами наполнителей являются размер частиц, яркость и белизна. Чем мельче частицы, тем светлее наполнитель, но тем выше его впитывающая способность, характеризуемая маслоемкостью.

       Кристаллическая форма наполнителя существенно влияет на его способность к диспергированию и реологическую активность в жидких ЛКМ и физико-механические свойства покрытий.

     В отличие от пластинчатых (каолин, тальк и слюда) или волокнистых наполнителей (воластонит), наполнители кубической или ромбоэдрической структуры (кальцит или доломит) легче диспергируются и обладают меньшей маслоемкостью. Пластинчатые и волокнистые наполнители улучшают физико-механические свойства покрытий и предотвращают образование трещин, действуя как армирующие агенты.

       Твердость и размер частиц наполнителя влияют на его абразивную способность, определяемую методом Айнлехнера. Для этого пасту наполнителя перемешивают в специальном аппарате с металлическим ситом в течение 1 ч. Затем оценивают истирание металлического сита.

       Абразивность определяется отношением удельной площади поверхности металлического сита до, и после испытания. Следует отметить, что высокая абразивность является недостатком наполнителя, так как вызывает повреждение диспергирующего оборудования при производстве ЛКМ и распылителей — при нанесении материалов пневмораспылением.

     2.4. Функциональные добавки

     Функциональные добавки - это вспомогательные вещества, применяемые для улучшения процессов пленкообразования и нанесения ЛКМ, повышения стабильности и долговечности красок и покрытий, а также для придания им каких-либо специальных свойств. Основные используемые в настоящее время добавки можно разделить по их назначению на следующие группы:

• коалесценты (пленкообразующие добавки);
• загустители;
• пеногасители;
• смачивающие или диспергирующие агенты;
• нейтрализующие агенты;

•биоциды (консерванты).

     Помимо перечисленных, для модификации поверхностных свойств плёнки используют матирующие агенты, воски, агенты, регулирующие розлив, и другие. Для повышения атмосферостойкости применяют УФ-абсорберы и вещества-акцепторы свободных радикалов .

     Коалесценты: как известно, позволяют снижать температуру пленкообразования водных дисперсий. Так как МТП наиболее широко распространенных дисперсий составляет 13—18°С, а нанесение ВД-ЛКМ должно происходить при температуре, по крайней мере 5'С. практически во всех рецептурах необходимо использовать добавки, понижающие МТП.

     Подходящими для этих целей являются растворители, которые в течение времени их испарения пластифицируют полимер. Кроме снижения МТП,  пленкообразующие добавки влияют на время высыхания и твердость покрытия. Использование растворителей с высокой температурой кипения,  из-за их высокой пластифицирующей активности может приводить к повышению грязеудержания покрытия. Пленкообразующие добавки также влияют на вязкость и смачиваемость ЛКМ и на устойчивость покрытия к мокрому истиранию.

     В практической работе следует помнить, что чаше всего при добавлении коалесцентов дисперсии и краски теряют коллоидную стабильность. При быстром добавлении этих веществ могут образовываться микрогели или произойти полная коагуляция. Это явление (гак называемый «шок от действия растворителя») можно предотвратить путем медленного введения коалесцента или предварительного разбавления его водой и/или растворителем, смешиваемым с водой.

Высококипящие смешиваемые с водой растворители, например пропиленгликоль. замедляют испарение воды и поэтому обеспечивают хорошие технологические свойства ЛКМ при их нанесении.

     Загустители: специфические реологические добавки, которые применяют для достижения реологических свойств ВД-ЛКМ оптимальных для их получения, хранения и нанесения. Загущающие системы могут быть как органической, так и неорганической природы. Соединения,  используемые в качестве загустителей, приведены в табл. / 2.2 /. 
 

Таблица/2.2/

     Соединения,  используемые в качестве загустителей.