книги / Технология лаков и красок

Частицы полимера склонны к агрегации. Агрегаты также имеют различные размеры и форму. При нанесении порошков дезагрега­ ции, как правило, не происходит. Поэтому важно знать истинный размер агрегатов, или гранулометрический состав материала. Оп­ тимальный размер частиц порошковых полимеров составляет 40— 400 мкм. Мелкие частицы порошков быстрее сплавляются, но они хуже псевдоожижаются и неравномерно оседают на поверхности. Особенно важно, чтобы порошок обладал невысокой полидисперс­ ностью, так как полидисперсные порошки способны к сепарации и пылению, особенно при нанесении в псевдоожиженном слое.

Удельная поверхность порошковых полимеров зависит от раз­ мера частиц и их пористости и определяется способом получения порошка. Так, удельная поверхность эмульсионного поливинилхло­ рида составляет 70—80 м2/г, а суспензионного — 0,1—0,2 м2/г. От удельной поверхности зависят сорбционные свойства порошков, прежде всего поглощение влаги из воздуха. Поэтому порошки с высокоразвитой поверхностью быстрее увлажняются и труднее псевдоожижаются, но легче сплавляются.

Сыпучесть порошков является важным свойством, обеспечива­ ющим возможность нанесения их равномерным по толщине слоем. Сыпучесть зависит от внутреннего трения между частицами по­ рошка и определяется по углу естественного откоса. Ниже приве­ дены значения угла естественного откоса для некоторых порошко­ образных полимеров:

Снижению сыпучести способствуют уменьшение размеров ча­ стиц, увлажнение порошка и добавление в композицию жидких или низкоплавных компонентов.

Сыпучесть порошков может значительно снижаться за счет электризации частиц при перемещении порошка в процессе изго­ товления. измельчения, псевдоожижения. Величина заряда стати­ ческого электричества зависит от диэлектрических свойств поли­ мера, размера частиц и состояния их поверхности.

Для предотвращения электризации все технологическое обору­ дование выполняется из токопроводящих материалов и обязатель­ но заземляется. Полимеры с удельным объемным сопротивлением pv > 107 Ом-м долго сохраняют заряд и медленно разряжаются даже при контакте с проводником. Поэтому целесообразнее при­ нять профилактические меры по предотвращению электризации порошка. С этой целью можно проводить специальную поверхно­ стную обработку частиц полимера или вводить в него антистатиче­ ские добавки: стеарат цинка, гидрогенизированное касторовое масло, алифатические амины и др.

302

Особенности рецептурного состава порошковых лакокрасочных материалов

Порошковые лакокрасочные материалы, как и любые краски, являются сложными смесями, включающими различные полимеры, пластификаторы, отвердители, пигменты и другие добавки. Выбор компонентов определяется природой полимера, способом нанесе­ ния и отверждения покрытия и его назначением.

Ниже рассматриваются роль и влияние основных компонентов на свойства порошка и покрытия.

Пленкообразующие вещества. При составлении порошковых композиций предусматривается использование нескольких типов полимеров для увеличения сыпучести композиции, облегчения про­ цесса сплавления и получения равномерного слоя покрытия. При добавлении к основному полимеру низкомолекулярных смол сни­ жается вязкость расплава, что способствует получению покрытия хорошего качества. Однако нельзя забывать, что низкоплавкие полимеры могут снизить сыпучесть порошка.

Если основной полимер образует расплав с низкой вязкостью, то для предотвращения его стекания с поверхности в состав ла­ кокрасочного материала вводят высокомолекулярные полимеры, повышающие вязкость расплава.

Большинство полимеров, применяемых в порошковых красках, образует обратимые покрытия, имеющие ограниченную термостой­ кость. Необратимые покрытия с лучшими эксплуатационными свойствами могут быть получены в процессе сплавления термо­ превращаемого порошкового полимера. С этой целью к основному полимеру добавляют отвердители (сшивающие агенты), взаимо­ действующие с полимером с образованием сетчатой структуры в покрытии. Очень важно, чтобы такое взаимодействие не происхо­ дило' в процессе приготовления и хранения композиции. Для полу­ чения покрытия хорошего качества необходимо, чтобы образова­ ние сетчатой структуры происходило только после полного оплав­ ления порошка.

Поэтому выбор отвердителя порошковой лакокрасочной компо­ зиции следует проводить с большой осторожностью. Хорошие ре­ зультаты дают так называемые скрытые отвердители. Это такие вещества, которые не вступают в химическое взаимодействие с полимером в процессе приготовления порошковой краски и ее хра­ нения, но, разлагаясь при определенных условиях, образуют реак­ ционноспособные вещества. Скрытые отвердители для порошковых композиций подбирают так, чтобы их разложение началось только после полного расплавления порошка. Например, полиамины, при­ меняемые для отверждения эпоксидных смол, образуют порошко­ вые композиции с невысокой стабильностью при хранении. Приме­ нение комплексов с BF3, разлагающихся при температурах выше 70 °С, позволяет получать стабильные композиции, легко отверж­ даемые при нагревании.

903

В качестве скрытых отвердителей для некоторых видов смол применяют блокированные изоцианаты.

Пластификаторы способствуют расплавлению порошка при бо­ лее низких температурах. Они увеличивают эластичность покры­ тия, но несколько снижают его твердость и химическую стойкость. Помимо обычных требований к пластификаторам, используемым в порошковых композициях, предъявляются дополнительные требо­ вания. Пластификатор не должен изменять агрегатное состояние порошка, особенно его гранулометрический состав и сыпучесть. Летучесть пластификатора должна быть минимальная, так как оплавление порошковых красок производят при высоких темпера­ турах. В порошковых композициях можно применять как жидкие, так и твердые пластификаторы. Использование жидких пластифи­ каторов возможно только при условии хорошего впитывания пла­ стификатора частицами полимера. Эта способность зависит от природы полимера и пластификатора. Так, например, поливинил­ хлорид хорошо пластифицируется диоктифталатом (около 40%), в то время как сыпучесть поливинилбутираля, полистирола, этилцеллюлозы резко снижается при введении около 20% жидкого пластификатора.

Твердые пластификаторы не снижают сыпучесть порошка, их легко вводить в композиции. Температура плавления таких пла­ стификаторов должна быть в пределах 50—200 СС. Их можно вво­ дить в больших количествах, что дает возможность более широко варьировать физико-механические свойства получаемых покрытий. Однако ограниченная совместимость твердого пластификатора с полимером может значительно осложнить пластификацию ком­ позиции. Совместимость твердых пластификаторов с полимером можно повысить .добавлением небольших количеств жидких пла­ стификаторов.

Пигменты и наполнители являются одними из важных компо­ нентов любых лакокрасочных композиций, в том числе и порошко­ вых. При подборе пигментов и наполнителей для порошковых красок необходимо учитывать, что плотность их в 2—8 раз больше плотности самих полимеров. Это создает возможность сепарации порошковой краски в процессе псевдоожижения при нанесении на поверхность. Чтобы уменьшить расслоение, необходимо уравнове­ сить все частицы системы. Это достигается при определенном со­ четании степени дисперсности порошка полимера и наполнителя или пигмента. Это значит, что с увеличением плотности пигмента необходимо увеличивать его дисперсность*

Способы приготовления порошковых композиций

Способ приготовления порошковой композиции должен обеспе­ чить ее однородность, сыпучесть, физическую и химическую ста­ бильность. Особенно важно равномерное распределение компонен­ тов в материале.

Щ

Пленнообразующие Вещестба

Р и с . 0.9. Т е х н о л о г и ч е с к а я с х е м а п о л у ч е н и я п о р о ш к о в ы х к р а с о к :

/ — б у н к е р д л я и с х о д н о г о с ы р ь я ; 2 — д о з а т о р ; 3 — ш н е к -с м е с и т е л ь ; 4 — р е а к т о р -с м е с и т е л ь ; 5 — о х л а ж д а ю щ е е у с т р о й с т в о ; 6 — б у н к е р -н а к о п и т е л ь ; 7 — м е л ь н и ц а т о н к о го п о м о л а .

Смешение компонентов в расплаве. Наиболее гомогенные смеси получают при смешении компонентов в расплаве. Этот способ на­ шел применение в производстве порошковых красок на основе эпоксидных смол и поливинилхлорида.

Технологический процесс включает следующие стадии: дробле­ ние исходных компонентов; смешение компонентов в расплаве; охлаждение расплава; измельчение сплава, сухой просев и сепа­ рацию порошка.

Операцию смешения проводят при температурах 100— 140 °С и интенсивном перемешивании. При этом в расплаве не должны происходить химические реакции, приводящие к сшиванию по­ лимера.

В зависимости от состава композиции и вида оборудования продолжительность смешения колеблется от нескольких минут до 1 ч.

При получении эпоксидных термореактивных композиций рас­ плав охлаждают на вальцах, с которых он снимается в виде тон­ кой хрупкой ленты. Затем твердый сплав измельчают до опре­ деленной степени дисперсности. Схема технологического процессу приготовления порошковых красок в расплаве представлена на рис. 9.9.

При изготовлении термопластичных поливинилхлоридных ком­ позиций охлажденный сплав нарезают в виде стружки (чипсы) и после этого измельчают при охлаждении.

Сухое смешение. Порошковый полимер при сухом смешении сохраняется в порошкообразном состоянии на всех стадиях тех­ нологического процесса. Так как некоторые компоненты порошко­ вых композиций могут быть жидкими веществами, то существуют некоторые особенности технологии изготовления порошковых кра­ сок,

т

При использовании жидких компонентов необходимо, чтобы произошло полное их впитывание частицами твердого материала. Обычно этому способствует нагревание. Например, процесс изго­ товления порошковой поливинилхлоридной композиции, содержа­ щей жидкие компоненты, включает следующие стадии: приготов­ ление пигментных паст на жидком пластификаторе; смешение компонентов композиции при интенсивном перемешивании и за­ данном температурном режиме; охлаждение порошка. Если при этом происходит комкование материала, то смесь подвергается измельчению.

При применении только твердых компонентов необходимым условием является высокая степень дисперсности и хороший кон­ такт между разнородными частицами. Это достигается при ис­ пользовании близких по полярности компонентов.

При смешении обязательно должна происходить дезагрегация частиц каждого компонента. Поэтому для сухого смешения твер­ дых компонентов необходимо применять соответствующее обору­ дование.

Метод сухого смешения проще в аппаратурном и технологиче­ ском отношении, чем метод сплавления.

Недостатком метода сплавления, значительно удорожающим его, является длительная и энергоемкая обработка сплава, свя­ занная с его измельчением и просевом. Однако для низкомолеку­ лярных полимеров, которые не выпускаются в виде тонкодисперс­ ных порошков, применение метода сплавления оправдывается, особенно если требуется высокая степень однородности порошко­ вой краски.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ИОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Впроцессе производства пигментов и пигментированных ла­ кокрасочных материалов необходимо соблюдать определенные меры предосторожности для защиты рабочего персонала и пред­ отвращения загрязнения окружающей среды.

Все без исключения пигменты представляют опасность для здоровья рабочих, так как, обладая высокой степеньюдисперсно­ сти, склонны к пылению при транспортировании, изготовлении и введении их в лакокрасочные материалы.

С наибольшим пылеобразованием сопряжены следующие опе­ рации при получении пигментов: термическая обработка, сушка и измельчение, а при изготовлении пигментированных лакокрасоч­ ных материалов — приготовление предварительных замесов. Ис­ пользуемое при проведении этих операций оборудование должно иметь местную вентиляцию для отсоса и улавливания пыли из рабочей зоны. Кроме того, в производственном помещении должна быть предусмотрена общая приточно-вытяжная вентиляция.

зов

Перспективным способом снижения пылеобразования является перевод получаемого пигмента непосредственно из водной пасты в раствор пленкообразующего вещества, минуя стадии сушки, про­ каливания, измельчения.

Особую опасность представляет пыль токсичных пигментов. К токсичным относятся все пигменты на основе свинца (свинцовые белила, свинцовый сурик, свинцовые крона и др.), оксидов хрома, сульфида кадмия, ртути и др. Так, предельно допустимая концен­ трация"' свинцовых пигментов в воздухе составляет 0,01 мг/м3, а кадмиевых — 0,2 мг/м3.

Использование токсичных пигментов может привести к отрав­ лению организма и в процессе приготовления красок. Покрытия на основе красок, содержащих токсичные пигменты, так же небезо­ пасны и имеют ограниченное применение.

Для предупреждения отравлений токсичными пигментами при их получении и применении в производстве пигментированных пленкообразующих веществ требуется тщательное соблюдение правил личной гигиены и использование средств индивидуальной защиты.

Пыль пигментов (железная лазурь, технический углерод) в отдельных случаях может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.

В производстве пигментов используется в качестве сырья боль­ шое количество оксидов и солей металлов, многие из которых являются токсичными (Pb, Cd, Сг и т. д.). Работа с ними требует соблюдения тех же правил техники безопасности, что и с токсич­ ными пигментами. Концентрированные кислоты и реже щелочи, применяемые в производстве пигментов, также представляют опасность, и необходимо соблюдение при работе с ними общепри­ нятых правил техники безопасности.

Отходами производства пигментов являются газовые выбросы, сточные воды, шламы и т. п. Газовые выбросы могут содержать значительное количество пыли исходного сырья или пигментов. Для предотвращения загрязнения окружающей атмосферы газо­ вые выбросы очищают, пропуская через систему циклонов и филь­ тров. В отдельных случаях выбросы, содержащие токсичные газы (например, оксиды азота), подвергают специальной очистке от них.

Кислые и щелочные сточные воды нейтрализуют перед сбросом в водоемы. Кроме того, в сточных водах могут содержаться ионы тяжелых металлов, загрязняющие водоемы. Для предотвращения этого сточные воды подвергают очистке путем перевода ионов тяжелых металлов в нерастворимые соединения с последующим фильтрованием. Предельно допустимая концентрация в сточных водах, например, ионов свинца, шестивалентного хрома составляет 0,1 мг/м3.

Для уменьшения общего объема сточных вод и снижения по­ требления свежей воды необходимо стремиться к максимально

307

Р и с . 10.1. Р е а к т о р с р у б а ш к о й и з м е е в и к о м :

/ — э л е к т р о д в и г а т е л ь ; 2 — к р ы ш к а р е а к т о р а ; 3 — в а л ; 4 — п а р о в а я р у б а ш к а ; 5 — в н у т р е н ­ н и й зм е е в и к ; б — л а с т о в а я м е ш а л к а ; 7 — в е н ­ т и л ь ; 8 — м е х а н и з м д л я с л и в а ; 9 — п а т р у б о к д л я в ы х о д а к о н д е н с а т а ; 10— л а п а .

Р и с . 10.2. Р е а к т о р с п о л у т р у б н ы м н э л е м е н т а м и о б о г р е в а :

/ — э л е к т р о д в и г а т е л ь ; 2 — к р ы ш к а р е а к т о р а ; 3 — в а л ; '4— п о л у т р у б н ы е э л е м е н т ы о б о г р е в а ; 5 — м е ш а л к а ; б — в е н т и л ь ; 7 — л а п а .

В случае применения в качестве теплоносителей конденсирующе­ гося водяного пара или высококипящих теплоносителей, реакторы снабжаются рубашкой. При применении в качестве теплоносителей электрического тока или продуктов сгорания рубашка у реактора не предусматривается. В этом случае реакторы могут снабжаться змеевиковыми, полутрубнымн или уголковыми элементами обогре­ ва, которые привариваются снаружи к корпусу реактора. На крышке реакторов монтируются .штуцера для загрузки жидкого сырья, подачи инертного газа и вакуума, вывода погонов, приборов теплового контроля, манометров и вакуумметров; смотровые стекла; люк для загрузки твердого сырья, а также для профилактических осмотров и ремонта. Выгрузка реакторов, как 'правило, производится через штуцер в днище, снабженный угло­

310