чувствителен к температуре. Если локальные температуры в экструдере слишком высоки, может произойти частичное отверждение (сшивка), которого надо избегать любой ценой. Максимальная температура расплава должна быть по крайней мере на 20 К ниже температуры отверждения порошкового ЛКМ; в то же время среднее время пребывания должно быть не дольше, чем это абсолютно необходимо для диспергирования, и распределение времени пребывания должно быть возможно более узким. Типичные данные приведены ниже:

1)температура 80–100°С (местами и на короткие периоды также может быть выше);

2)среднее время пребывания 15 с.

В общем случае режим работы надо отрегулировать так, чтобы:

–эффект сдвига (скорость, момент);

–среднее время пребывания;

–производительность;

–температура;

–профиль температур;

–вязкость расплава

находились в оптимальной области. Поскольку перечисленные выше параметры влияют друг на друга, это считается очень сложной задачей.

Типичными характеристиками большого одношнекового экструдера для порошковых ЛКМ являются следующие: диаметр шнека 140 мм, длина шнека 7 м, мощность привода 139 кВт, максимальная производительность 2500 кг/ч.

4.6. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДИСПЕРГАТОРЫ И МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА ПРИ ДИСПЕРГИРОВАНИИ ПИГМЕНТОВ

Ультразвук находит применение для диспергирования вообще и для диспергирования пигментов в частности.

При ультразвуковой обработке мелкие частицы увлекаются средой, т. е. колеблются почти с такой же амплитудой и почти в той же фазе. Крупные частицы не увлекаются средой и находятся почти в покое. Переход от частиц, увлекаемых средой, к неувлекаемым происходит в небольшом интервале диаметров частиц.

110

При больших амплитудах акустического давления в жидкости наблюдаются явления кавитации. При отрицательном давлении образуются пустоты (кавитационные пузырьки), при положительном давлении эти пузырьки захлопываются. При этом возникают огромные импульсные давления.

Тем не менее нельзя считать, что диспергирование происходит в результате трения частиц о среду в звуковом поле. Частицы разрушаются вследствие деформаций, которые вызывает звуковая волна, распространяющаяся внутри частицы, и перепада давления на границе раздела частица – жидкость. Причиной разрушения могут также быть столкновения частиц различного размера, увлекаемых и не увлекаемых звуковой волной. Однако при столкновениях возможен и обратный процесс – коагуляция. В любом случае диспергирование происходит лишь тогда, когда в системе имеются частицы, диаметр которых больше критического. Если диаметр частиц меньше критического, то звук (ультразвук) не разрушает их.

При равных амплитудах звукового давления потребляемая мощность растет пропорционально частоте, поэтому установки большой частоты должны иметь большую мощность. Использование ультразвуковой установки как основной (или даже единственной) диспергирующей машины экономически невыгодно из-за слишком большого расхода энергии и длительности процесса. Гораздо перспективнее применение ультразвуковой установки в комплексе с диспергирующими машинами других типов, например с бисерными диспергаторами.

Диспергирующее действие звука зависит от вязкости среды и содержания пигмента в пасте. Увеличение вязкости ухудшает условия диспергирования. Вязкость может быть несколько снижена повышением температуры. Что касается содержания пигмента в пасте, то имеется оптимальное значение этой величины, соответствующее наилучшим условиям диспергирования. Для большинства пигментов, в том числе и органических, целесообразно проводить диспергирование пасты до степени дисперсности по «Клину» 30–40 мкм в бисерном диспергаторе, а дальнейшее диспергирование – с применением ультразвука.

Природа обрабатываемых пигментов, их структура, физическое состояние играют большую роль при ультразвуковом диспергировании, поэтому универсального режима работы ультразвуковой установки также, как и других диспергаторов, подобрать невозможно.

111

Источники получения звуковых и ультразвуковых колебаний

иультразвуковое оборудование можно классифицировать:

1)механические эксцентриковые вибраторы, которые применяются для получения колебаний с частотой до 200 Гц;

2)электромеханические вибраторы, используемые для получения колебаний с частотой 6–8 кГц;

3)аэродинамические излучатели, к которым относятся газоструйные излучатели (до 120 кГц) и сирены (до нескольких десятков килогерц). Достоинствами аэродинамических излучателей являются возможность получения больших акустических мощностей

исравнительно невысокая стоимость;

4)гидродинамические излучатели, которые применяются для получения колебаний с частотой 2–50 кГц. В этих излучателях на пути струи, вытекающей из сопла, помещается клиновидная пластина, вокруг которой попеременно возникают вихревые потоки, создающие периодические повышения давления и приводящие пластину в колебательное движение. Такие излучатели использовались для получения эмалей в полупроизводственных условиях;

5)пьезоэлектрические излучатели, в которых электрические колебания, вырабатываемые ламповыми генераторами, преобразуются в интенсивные механические колебания в результате пьезоэлектрического эффекта. Излучатели такого типа применяются для получения высоких частот;

6)магнитострикционные излучатели, в которых вырабатываемый генератором переменный ток высокой частоты преобразуется в механические колебания за счет эффекта магнитострикции. Магнитострикция́ (лат. strictio – сжатие, натягивание) – явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объем, а значит, и линейные размеры изменяются. Эффект открыт Джоулем в 1842 г. и вызван изменением взаимосвязей между атомами в кристаллической решетке, поэтому свойственен в той или иной мере всем кристаллическим веществам. При этом изменение объема зависит как от действующего магнитного поля, так и от кристаллической структуры тела. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов. Данный тип излучателей получил широкое распространение в настоящее время.

В последние годы большое внимание привлекает использование магнитного поля для изменения некоторых свойств гете-

112

рогенных систем. Магнитная обработка значительно изменяет адсорбцию ПАВ на границе раздела раствор – газ, что вызывает изменение поверхностного натяжения, которое находится в периодической зависимости от напряженности магнитного поля. Наиболее сильно сказывается магнитная обработка на поверхностном натяжении растворов ПАВ с концентрациями ниже критической концентрации мицеллообразования. Магнитная обработка оказывает влияние и на адсорбцию ПАВ на твердой поверхности.

Исследовано влияние магнитной обработки на свойства некоторых водно-дисперсионных и водоразбавляемых лакокрасочных материалов и процесс их получения. Под действием магнитного поля уменьшается поверхностное натяжение растворов и эмульсий, снижается энергия активации вязкого течения, улучшается смачиваемость твердых компонентов. Намагничивание оказывает влияние и на неводные растворы, содержащие в качестве растворителя этилцеллозольв. В результате несколько ускоряется процесс диспергирования или появляется возможность повысить оптимальную степень наполнения паст твердой фазой.

113

5.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

ÈОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КРАСОК И ЭМАЛЕЙ

Производство пигментов связано с применением соединений токсичных металлов, высокотемпературными процессами, получением и обработкой пылящих продуктов.

Особую опасность при производстве представляют пигменты и исходные соединения, содержащие свинец и хром.

Свинец и его соединения, даже малорастворимые в воде, кислотах и щелочах, являются сильными ядами. Свинец вызывает серьезные изменения в составе крови, сердечно-сосу- дистой и нервной системах и тяжелые необратимые поражения многих органов. Свинец обладает свойством кумулятивности, поэтому длительное воздействие даже малых количеств приводит к тяжелым формам хронических заболеваний или острым отравлениям.

Соединения хрома вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек, разрушительно действуют на соединительные ткани, оказывают общетоксическое действие на многие органы.

Наиболее опасна для здоровья работающих пыль в производственных помещениях, которая является самой дисперсной фракцией токсичных продуктов, попадающей в организм ингаляционным путем. Поэтому предельно допустимые концентрации (ПДК) токсичных веществ в воздушной среде производственных помещений жестко нормируются.

Для уменьшения контакта работающих с вредными веществами применяется герметизированное или аспирируемое (находящееся под небольшим разрежением) оборудование. Воздух, который отсасывается из бункеров, реакторов, печей, сушилок, измельчающего и транспортного оборудования, перед выбросом

ватмосферу обязательно подвергается очистке в фильтрах, циклонах или скрубберах. Улавливаемые продукты возвращаются

впроизводство.

114

Для приема и загрузки сырья, полуфабрикатов и отправки готовых продуктов применяют гидроили пневмотранспортные системы, закрытые скребковые, шнековые, вибрационные и другие транспортеры. Перевозку сырья и продукции осуществляют в контейнерах, переносных бункерах и в закрытой таре различного вида, для загрузки и разгрузки которых создают механизированные участки с применением роботов и автоматизированных подъемнотранспортных устройств.

Безопасность труда обеспечивается организацией системы обучения всех работающих, созданием необходимых санитарногигиенических условий, осуществлением технических и организационных мер по предотвращению пожаро-, взрыво- и электроопасностей, устранению шума, вибраций и т. д.

Производство пигментов часто сопровождается появлением большого количества сточных вод, сброс которых в водоемы недопустим. Из маточных растворов после осаждения пигментов и из промывных вод на локальных цеховых или заводских очистных установках извлекаются растворенные и взвешенные вещества. Очищенная вода вновь возвращается в производство и постоянно находится в замкнутом цикле без сброса в водоемы.

Некоторые производства сопровождаются выбросами в атмосферу вредных газов, паров и пыли. Например, в производстве диоксида титана при разложении ильменита выделяются пары серной кислоты и пыль неразложившегося сырья, имеет место унос пыли с топочными газами из печей при производстве пигментов прокалочным способом. Для предотвращения попадания в атмосферу вредных выбросов в таких производствах устанавливают газоочистительную аппаратуру.

Образующиеся при синтезе некоторых пигментов отходы требуют утилизации. Наиболее целесообразно из экологических и экономических соображений комплексное использование сырья с полной утилизацией отходов. Примером такого решения является строительство цехов – спутников производства диоксида титана. Большое количество отходов сульфата железа используется для производства различных железооксидных пигментов и железной лазури. Гидролизная серная кислота после ее концентрирования применяется для производства минеральных удобрений.

Степень пожаро- и взрывоопасности производства красок и эмалей определяется свойствами используемых пленкообразующих систем, присутствием в них летучих веществ и их температурой

115

вспышки, а также нижним пределом взрываемости пыли твердых продуктов в воздухе. В некоторых случаях твердые нелетучие пленкообразователи, например нитраты целлюлозы, обусловливают взрывоопасность производства. Вредность производства определяется по наиболее токсичному компоненту из применяемых в составе вырабатываемых красок, например пигменту, содержащему свинец. Соответствующими стандартами производства красок и эмалей по пожарной опасности отнесены к категории А, водно-дисперсионные – к категории Б, отделения приемки и хранения неорганических пигментов – к категории Д. По вредности все производства красок и эмалей причисляются к 3-му классу, отделения приемки пигментов – к 1-му классу.

В соответствии с категорией производится выбор конструкции зданий и их планировка, выбор и устройство силового электрооборудования, освещения, средств транспорта (электрокары, тельферы, подъемники, роботы), средств автоматизации контроля и управления, отопительных и вентиляционных систем.

Во избежание накопления зарядов статического электричества, образующихся при движении по трубопроводам, перемешивании и ударах струй органических жидкостей, все аппараты, резервуары и трубопроводы заземляют. Жидкости подают по трубопроводам, опущенным почти до дна емкостей, чтобы уменьшить разбрызгивание и образование электрических зарядов. Для предотвращения поражения электрическим током корпуса всех электросиловых устройств заземляют. Все движущиеся части машин и аппаратов надежно ограждают и снабжают блокировкой, исключающей возможность пуска оборудования без ограждений.

При производстве каждого вида продукции технологическим регламентом устанавливается порядок безопасного ведения технологического процесса, предусматриваются возможные опасности и меры предотвращения возникновения и устранения аварийных ситуаций. На рабочих местах вывешивают инструкции, в которых указываются безопасные приемы работы. К работе допускаются только специально обученные лица, прошедшие инструктаж и проверку знаний по технике безопасности и противопожарной технике.

Для устранения пыления и распространения паров вредных веществ осуществляется местная вытяжка (аспирация) из бункеров, емкостей и аппаратов. Перед выбросом в атмосферу отсасы-

116

ваемый воздух очищается в пылеулавливающих устройствах: циклонах, фильтрах, мокрых скрубберах. Все воздушные выводы из емкостей и аппаратов в атмосферу снабжаются огнепреградителями. Кратность общего вентиляционного обмена воздуха в производственных помещениях должна обеспечивать содержание вредных веществ ниже ПДК.

Смывки, зачистки, пленки, осадки с фильтров, если они не могут быть использованы для производства, собирают в специальные герметично закрываемые емкости, вывозят и сжигают. Водные стоки от промывки аппаратов подвергаются очистке в специальных локальных отстойниках-улавливателях, а затем передаются в общезаводские станции очистки сточных вод. Охлаждающая, так называемая условно чистая вода из рубашек смесителей, бисерных машин и других аппаратов после охлаждения в градирнях повторно используется в замкнутом цикле.

117