МЕЖДУНАРОДНЫЙЖУРНАЛПРИКЛАДНЫХ ИФУНДАМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ №9,2016

25 ТЕХНИчЕСКИЕНАУКИ УДК628.51

СОСТАВы ЛАКОКРАСОЧНыХ МАТЕРИАЛОВ  И ОЧИСТКА ВРЕДНыХ ВыБРОСОВ

1патрушева Т.Н., 1Чурбакова О.В., 2петров С.К., 3Гершевич Д.Б.1Сибирский федеральный университет, Красноярск, e-mail: pat55@mail.ru;

2Балтийский технический университет им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, e-mail: s.k.petrov@mail.ru;

33АО НПО «Радиосвязь», Красноярск, e-mail: kniirs1@mail.kts.ruВсоставлакокрасочныхматериалов(ЛКМ)входитбольшоеколичествоорганическихвеществ,пре-

имущественноароматическогохарактера,такихкакалкидныесмолы,акриловыелаки,антрахиноны,фтало-цианины,азопигменты,пластификаторы,наполнители,сиккативыирастворители.Этивеществаоказываютвредноевоздействиенаорганизмчеловека,проникаячерездыхательныепути,кожуипищеварительныйтракт.Представленынормативызагрязненияатмосферноговоздухадляразличныхгазообразныхвеществ,взвешенныхвеществиорганическихрастворителей.Рассмотреныметодыочисткиотвредныхвыбросовпринанесениилакокрасочныхпокрытий,втомчислекаталитический,термический,адсорбционныйиаб-сорбционный,атакжерекуперациярастворителей.

Ключевые слова: лакокрасочные материалы, алкидные смолы, акриловые лаки, пигменты, добавки, нормативы загрязнения, методы очистки газообразных выбросов

CoMpoSItIoNS of paINt MaterIalS aND CleaNING eMISSIoNS1patrushevа t.N., 1Churbakova o.V., 2petrov S.K., 3Gershevich D.b.

1Siberian Federal University, Krasnoyarsk, e-mail: pat55@mail.ru;2Baltiyc Technical University D.F. Ustinov, St. Petersburg, e-mail: s.k.petrov@mail.ru;

3CJS SPA «Radiocommunication», Krasnoyarsk, e-mail: kniirs1@mail.kts.ruthecompositionofthepaintsincludesalargenumberoforganiccompounds,preferablyofaromaticcharacter,

suchasalkydresins,acrylicvarnishes,anthraquinones,phthalocyanines,azopigments,plasticizers,fillers,siccativesandsolvents.thesesubstancesareharmfultothehumanbody.theyarepenetratingthroughtherespiratorytract,skinanddigestivetract.Wepresentairpollutionstandardsforvariousgaseoussubstances,suspendedsolidsandorganicsolvents.Methodsforpurificationofharmfulemissionsduringapplicationofcoatings,includingcatalytic,thermal,adsorptionandabsorptionaswellassolventrecoveryareconsidered.

Keywords: paints, alkyd resins, acrylic paints, pigments, additives, pollution standards, the gaseous emissions purification methods

Органическиевеществаирастворители,входящиевсоставлакокрасочныхматериа-лов(ЛКМ)оказываютнаорганизмотрица-тельное воздействие; при невысоких кон-центрацияхэтопроявляетсяввозбуждении,апривысокихконцентрациях–вголовныхболях, головокружении, сонливости, по-вышенной раздражительности, тошнотеи рвоте. Отдельные растворители (ацетон,бензин, спирты и др.) раздражают слизи-стыеоболочкиглазиверхнихдыхательныхпутейимогуттакжевызватькожныезабо-леваниявоспалительногоиаллергическогохарактера.Растворители,попавшиеворга-низмвбольшомколичестве,могутвызватьоструюформуотравления.Этоможетпро-изойтиприокраскебольшихповерхностейбез надлежащего проветривания помеще-ния.Окраскаподогретымилакокрасочнымиматериалами такжеможетпривести к соз-даниювысокойконцентрациипаровраство-рителейвзонедыханияиостромуотравле-нию. Многие лакокрасочные материалы,атакжевспомогательныевеществаявляют-

сяогнеопасными,идажевзрывоопасными.Всвязис этимцелесообразнорассмотретьосновныесоставыЛКМиспособыочисткиотвредныхвыбросов.

Составы лакокрасочных  и полимерных покрытий

Похимическому составуЛКМделятсянамасляные,алкидно-акриловые,перхлор-виниловые, эпоксидные, органосиликат-ные,кремнийорганическиеит.д.

Основными компонентами (ЛКМ) яв-ляются пленкообразующие, пигменты, на-полнители,пластификаторы,растворители,сиккативы, добавки. Кпленкообразующимвеществам относятся: полимеризационныесмолы(наосновеакрилатов,метакрилатов,хлористого винила и др.), поликонденса-ционные смолы (алкидные, полиуретано-вые, эпоксидные, кремнийорганические,формальдегидные), природные смолы (ка-нифоль, битумы, асфальты, копалы), рас-тительные масла, таловое масло, жирныекислотыиэфирыцеллюлозы[1].

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH №9,2016

26 TECHNICAL SCIENCES

Алкидныесмолы–этополиэфиры,ко-торыеимеютразветвленноестроение.Ониявляютсяпродуктаминеполнойпереработ-киодноосновныхжирныхкислотимного-основных кислот и спиртов [2]. Наиболеераспространенные алкидные смолы полу-чают изфталевого ангидрида и глицери-на,пентаэритритаилитриметилолпропана,называемого также этриолом. Пентаэри-трит синтезируется с помощью формаль-дегидаи ацетальдегида, которыеявляютсяпотенциальноядовитыми,канцерогеннымихимикатами. Триметилолопропан такжесинтезируется с формальдегидом. Хими-ческаяреакцияполученияалкиднойсмолыпредставленанарис.1.

Акриловые лаки получают из полиа-крилатов (полимеры эфиров акриловой,метакриловой,цианакриловойкислот)иихсополимеров (полимеризированные эфи-ры акриловой и метакриловой кислот, по-следнюю часто заменяют стиролом). Сти-рол обладает раздражающим, мутагенными канцерогенным эффектом. Метакрилатугнетающедействуетнацентральнуюнерв-нуюсистему[3].

Пигменты – это окрашенные порошкивысокой дисперсии. Вода, пленкообразую-щиевеществаихнерастворяют.Пигментывосновномприменяютвдекоративныхце-лях,нокрометогопигментыпридпютконеч-номупродуктусветостойкость,химическуюиатмосферостойкость,смачиваемость,дис-персность, маслостойкость, укрывистость,ит.д.Пигментылакокрасочныхматериалов(ЛКМ) можно разделить на синтетическиеиприродные,апохимическомусоставу–наорганические и неорганические. Неоргани-ческиепигментыпосоставумоноразделитьна: соли (комплексные соли, алюмосилика-ты, карбонаты, фосфаты и т.п.); элементы(цинковая пыль,технический углерод,алю-миниеваяпудраит.п.);оксиды(оксидыцин-ка,свинца,титана,хромаит.п.)[3].

Среди органических пигментов можновыделить фталоцианиновые, антрахино-новые, азопигменты, диазопигменты. Пиг-менты органического происхождения от-личаются очень высокой интенсивностью.цвета.Среди материалов данной группысамое широкое применение получил пиг-мент синий антрахиноновый. Изготавли-вают синий антрахиноновый пигмент пу-тем щелочного плавления β-антрахинонас безводным ацетатом натрия и нитратомнатрия.Фталоцианиновые красящие ве-щества включаютфталоцианинмеди либопигментфталоцианиновыйголубой.Фтало-цианиныобразуюткомплексы(П)почтисовсеми металлами периодической системы,приэтомгетероциклявляетсяэкваториаль-нымлигандом(рис.2).

Рис. 2. Структурная формула фталоцианина меди

Азопигментыполучилисамоеширокоераспространениевлакокрасочнойпромыш-ленности.Этосвязаносбольшойцветовойгаммой, насыщенностью и большой ярко-стью.Окрасазопигментов–отзеленовато-

Рис. 1. Химическая реакция получения алкидной смолы

МЕЖДУНАРОДНЫЙЖУРНАЛПРИКЛАДНЫХ ИФУНДАМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ №9,2016

27 ТЕХНИчЕСКИЕНАУКИ желтогодотемнофиолетового.Азопигмен-ты характеризуются наличием в молекулеодной или несколько азогрупп –N==N–,связывающих остатки ароматических сое-диненийдругсдругом(рис.3).

Рис. 3. Структурная схема азопигмента

Пигментныелакивключаютсоединениянаосновеализарина(оксиантрахиноновогокрасителя)–краплаки.Лакирозового,крас-ногоикоричневогоцветовполучаютсяприкомплексообразовании ализарина с Ni,al,Sn,Mn,Ca,Fe,Co.Ониобладаютвысокойустойчивостьюквоздействиюхимическихсоединенийисвета.

Наполнители–этонерастворимоевдис-персионных средах сухое неорганическоевещество. Применяют как добавки к пиг-ментам для их экономии и снижения стои-мости лакокрасочных материалов (ЛКМ).Вкачестве наполнителей применяют тальк,слюду,доломит,мел,барит,кальцит,каолин.ВосновномнаполнителиЛКМ–этоприрод-ныематериалы,лишьмалаядоля–синтети-ческие(осажденныймел,бланфикс)[4].

Пластификаторы – практически не-летучие органические вещества, которыевводятся в ЛКМ для придания высохшимэластичности.Вкачестве пластификаторовиспользуютфталаты,фосфаты,касторовоемасло,совол,себацинатыит.д.

Растворители – летучая органическаяжидкость или смесь жидкостей, котораяприменяется для растворения пленкообра-зующих, придания ЛКМ нужной конси-стенции. Кним относятся спирты, эфиры,кетоны, углеводороды, в частности ски-пидар, бензин, ксилол, ацетон[5]. Кчислунаиболее вредных растворителей относят-ся бензол, дихлорэтан, метиловый спирт,трихлорэтилен,хлорбензол.

Сиккативы – это соли растительныхкислот(мыла),которыеравномернораство-ряютсявмаслеилилаке,иимеютсильноекаталитическоедействие.Вкачествесикка-тивов,преждевсего,используютсякобаль-товые, марганцевые, цинковые, цирконие-вые и кальциевые линолеаты, нафтенаты,резинаты.Сиккативыприменяютдляуско-ренияпроцессавысыханиялакокрасочногоматериала.

Добавки–веществадляприданияопре-деленных свойств лакокрасочным материа-лам.Добавкамипринятосчитатьразличныеотвердители, эмульгаторы, стабилизаторы,ускорители,инициаторыимногоедругое[6].

Таким образом, в состав лакокрасочныхматериалов входят ароматические соеди-нения. Наиболее опасными канцерогенамиявляютсяПАУ–полициклические аромати-ческие углеводороды.ПДК, т.е. предельнодопустимая концентрация, ПАУ – величинаничтожная: всего 1нанограмм на 1м3 воз-духа.Присодержанииватмосфере2-7нг/м3

отмечается достоверное увеличение забо-леваемости раком лёгкого.Ароматическиеуглеводороды,посравнениюсдругимигруп-пами углеводородов,обладают высокойрас-творяющей способностью по отношениюк органическим веществам, но содержаниеихвомногихрастворителях нефтяногопро-исхожденияограничивают из-за высокойтоксичности. Продолжительное воздействие небольших количеств паров бензола вызы-ваетхроническое отравление, утомляемость,головные боли, сонливость,нарушение нор-мальногосоставакрови.Предельнодопусти-мая концентрация паров бензола в воздухе5мг/м3,толуолаиксилолов–50мг/м3.

Нормативы загрязнения  атмосферного воздуха

Особенностью нормирования качестваатмосферного воздуха является зависимостьвоздействиязагрязняющихвеществ,присут-ствующих в воздухе, на здоровье населенияне только от значения их концентраций, ноиотпродолжительностивременногоинтерва-ла,втечениекоторогочеловекдышитданнымвоздухом.ПоэтомувРоссийскойФедерации,как и во всем мире, для загрязняющих ве-ществ,какправило,установленыследующиенормативы(таблица):ПДК–предельнаядо-пустимаяконцентрациязагрязняющеговеще-стваватмосферномвоздухе–концентрация,не оказывающая в течение всейжизни пря-мого или косвенного неблагоприятного дей-ствиянанастоящееилибудущеепоколение,неснижающаяработоспособностичеловека,неухудшающаяегосамочувствияисанитар-но-бытовых условий жизни. ПДКМР – пре-дельно допустимая максимальная разоваяконцентрацияхимическоговеществаввозду-хенаселенныхмест,мг/м3,котораяпривдыха-ниивтечение20-30миннедолжнавызыватьрефлекторныхреакцийворганизмечеловека.ПДКСС – предельно допустимая среднесу-точная концентрация химического веществаввоздухенаселенныхмест,мг/м3,котораянедолжна оказывать на человека прямого иликосвенноговредноговоздействияпринеопре-деленнодолгом(годы)вдыхании.

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH №9,2016

28 TECHNICAL SCIENCES Предельнаядопустимыеконцентрациизагрязняющеговещества

Вещество Классопасности ПДКМР,мг/м3 ПДКСС,мг/м

3

Оксидуглерода 4 5 3Диоксидазота 2 0,2 0,04Оксидазота 3 0,4 0,06Углеводородысуммарные - - -Метан - 50 -Диоксидсеры 3 0,5 0,05Аммиак 4 0,2 0,04Сероводород 2 0,008 -Озон 1 0,16 0,03Формальдегид 2 0,05 0,01Фенол 2 0,01 0,003Бензол 2 0,3 0,1Толуол 3 0,6 -Параксилол 3 0,3 -Стирол 2 0,04 0,002Этилбензол 3 0,02 -Нафталин 4 0,007 -PM10взвешенныечастицы,сразмерамименее10мкм, 0,3 0,06PM2,5взвешенныечастицы,сразмерамименее2,5мкм, 0,16 0,035

Взвешенныечастицысразмерамименее10мкмспособнылегкопроникатьвлегкиечеловекаинакапливатьсявних.Впереченьзагрязняющих веществ, наряду с озоном,монооксидом углерода, диоксидом азота,диоксидомсеры,взвешеннымивеществамиисвинцомвключенытакжебензол,1,3-бу-тадиен и полициклические ароматическиеуглеводороды.

В случае превышения установленныхкритериев качества атмосферного воздухапокаждомузагрязняющемувеществупер-соналдолженпокинутьпомещение.

Очистка вредных выбросовПроблема очистки вредных выбросов

решается путем применения установоктермического и каталитического дожига-ниягазов,выходящихизокрасочногообо-рудования. Выбор между применениемтермического и каталитического методадожигания зависит от конкретных тех-ническихиэкономическихвозможностей,новобоихслучаяхнаибольшаяэкономич-ность достигается тогда, когда тепловаяэнергия, выделяющаяся впроцесседожи-гания,используетсявходесуществующеготехнологическогопроцесса.При термиче-ском методе дожигания удельный расходгазана1000м3обезвреживаемоговоздуха

в4,5разабольше,чемприкаталитическомметоде.Каталитическийметоддожиганияиспользуется при низких концентрацияхвредныхвеществ.Однако,присутствиека-тализатора обеспечивает дожигание вред-ных примесей при температурах болеенизких, чем те, которые необходимы длясамовоспламенения.Поэтому каталитиче-ское окисление примесей целесообразновтехслучаях,когданепредставляетсявоз-можнымиспользоватьуказанныевыбросыв качествеокислителя в топках, работаю-щих да высококалорийном топливе. Прикаталитическомметоденагревобезврежи-ваемого воздуха до температуры началареакции окисления производится в элек-трокалориферах. Затем воздух подаетсявреакторскаталитическимиэлементами.

Для очистки газовых выбросовприменяется[7] и термокаталитическийметод,когдаимеетсяприродныйгазкакис-точник энергии. Газ сжигается в теплоге-нераторе,которыйпредназначендляполу-чения теплового агента с одновременнымдожиганием выбросов путем попутноготермического и каталитического методаочисткипритемпературевтопочномпро-странстве должна быть в пределах 750–800°С.Продуктыгоренияприродногогазаи окисления паров растворителей через

МЕЖДУНАРОДНЫЙЖУРНАЛПРИКЛАДНЫХ ИФУНДАМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ №9,2016

29 ТЕХНИчЕСКИЕНАУКИ стабилизирующую решетку теплогенера-торапоступаютвзонусмешениясостав-шимся сушильным агентомдля каталити-ческогодожигания.Образовавшаясявэтойзоне смесь должна иметь температуру350–400°С,прикоторойначинаетсяреак-циякаталитическогоокисления.Этасмесьпроходитчерезкаталитические элементы,гдеипроисходитдожиганиепаровраство-рителядообразованияСО2ипаровН2О.

Главным направлением обезврежива-ния промышленных отходов является ихиспользование, переработка. Восновномперерабатываютсяжидкиеипастообразныеотходымеламино-алкидных,карбамидных,эпксиэфирных, нитроцеллюлозных, крем-нийорганическихгрунтовокиэмалей.Сборотходовэмалейигрунтовокосуществляет-ся из гидрофильтров вентиляционных си-стемокрасочныхкамер.

Однимизтрадиционныхпутейсокраще-ниярасходарастворителейявляетсяихреку-перация,осуществляемаяконденсационным,абсорбционным или адсорбционным мето-дом.Методабсорбциизаключаетсявпогло-щениирастворителейизпаровоздушнойсме-си жидкими поглотителями с последующейректификацией. Это дорогостоящий метод.Растворительизпаровоздушнойсмесиабсор-бируется, затем экстрагируется с помощьюпромышленных фракций спиртов или орга-ническихкислотС7–С9;экстрактректифици-

руется.Газовыевыбросывпроизводственномпроцессепрактическиотсутствуют.

Наиболееэкономиченадсорбционныйме-тод, при котором растворитель поглощаетсяизпаровоздушнойсмеситвердымиадсорбен-тами,напримерактивнымуглем, споследу-ющейдесорбциейрастворителяпутемнагре-ванияилипропусканияводяныхпаровчерезнасыщенные адсорбенты. Преимуществаэтогометода–сравнительновысокаяемкостьадсорбента по парам растворителя при низ-комегосодержаниивпаровоздушнойсмеси,высокаястепеньизвлечения(КПДустановокдостигает 70%), возможность улавливаниябольшинстварастворителей.

Список литературы

1.БрокТ.,ГротеклаусМ.,МишкеП.;подред.ЦорлляУ.Европейское руководство по лакокрасочным материаламипокрытиям;пер.сангл.подобщ.ред.Л.Н.Машляковско-го.–М.:Пэйнт-Медиа,2004.–548с.

2.ПотУ.Полиэфирыиалкидныесмолы–М.:Пэйнт-Медиа,2009.–232с.

3.ЯковлевА.Д.Химияитехнологиялакокрасочныхпо-крытий:учебникдлявузов–СПб.:Химиздат,2010.–445с.

4.ЗомборнР.Добавки–М.:ПэйнтМедиа,2005.–88с.5.Краски, покрытия и растворители / под ред.

Д.Стойе,В.Фрейтага;пер.сангл.2-еперераб.изд.подред.Э.Ф.Ицко.–СПб.:Профессия,2007–526с.

6.МюллерБ.ПотУ.Лакокрасочныематериалыи по-крытия.Принципысоставления;пер.снем.С.А.Яковлева;подред.А.Д.Яковлева–М.:Пэйнт-Медиа,2007–234с.

7.Powlowskil.Galvano-organo-trait//Surfage–1997–№66(677)–С.532–537.фр.