CC BY
16
2. Липатов, Ю.С. Справочник по химии полимеров / Ю.С. Липатов, А.Е. Нестеров, Т.М. Гриценко. - Киев : Наукова думка, 1971. - 534 с.
3. Композиционные материалы: справочник / под. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М. : Машиностроение, 1990. - 512 с.
4. Другов, Ю.С. Газохроматографический анализ загрязненного воздуха / Ю.С. Другов, В.Г. Березкин. - М. : Химия, 1981. - 256 с.
5. Хрулёв, В.М. Производство конструкций из дерева и пластмасс / В.М. Хрулев. - М. : Высш. школа, 1989. - 231 с.
6. Симонов, В.А. Анализ воздушной среды при переработке полимерных материалов / В. А. Симонов, Е.В. Нехорошева, Н.А. Заворовская. - Л. : Химия, 1988. - 224 с.
7. Муравьева, С.И. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе / С.И. Муравьева,
Н.И. Казина, Е.К. Прохорова. - М. : Химия, 1988. - 320 с.
8. Композиционные материалы: справочник / под. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М. : Машиностроение, 1990. - 512 с.
9. Соломатов, В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве / В.И. Соло-матов, А.И. Бобрышев, К.Г. Химмлер. - М. : Стройиздат, 1988.- 309 с.
10. СанПиН 2.1.2.729-99 Полимерные и полимерсодержащие строительные материалы, изделия и конструкции. - М. : Минздрав России, 1999. - 12 с.
11. Симонов-Емельянов, И. Д. Принципы создания и переработки полимерных композиционных материалов дисперсной структуры / И. Д. Симонов-Емельянов // Пластмассы. 2005. - № 1. - С. 11-16.
12. Зубкова, Т.П. Экологический контроль в управлении окружающей средой в деятельности предприятия / Т.П. Зубкова // Мат. 6 Межд. науч. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности». - Пенза, 2007. - С. 117-119.
T.P. ZUBKOVA
THE DEVELOPMENT OF QUALITY CONTROL OF ECOLOGICAL SAFETY OF POLYMER BUILDING MATERIALS
The problems of development of quality control system dealing with the ecological safety of polymer building materials (PBM) were considered in the paper. The basic model of ecological safety control of PBM and the model of control of building industry object were presented. General classification of PBM and demands of quality control to PBM were discussed.
УДК 691.175.2
В. Ф. ЖЕЛТОБРЮХОВ, докт. техн. наук, профессор,
М. С. БЕЛКИНА, аспирант,
ВГТУ, Волгоград
РАЗРАБОТКА СОСТАВА ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ВОЛГОГРАДСКОГО ОАО «ХИМПРОМ»
В данной работе приведены результаты исследований разработки лакокрасочного материала, в частности эмали, из отходов химических производств ВОАО «Химпром». Полученная в результате испытаний эмаль обладает улучшенными технологическими
© В.Ф. Желтобрюхов, М.С. Белкина, 2007
показателями и может быть использована для поверхностей различной природы - металлических, стеклянных, бетонных, железобетонных, асфальтовых.
В последние годы ввиду возросшего уровня строительства наблюдается дефицит строительных и отелочных материалов и, как следствие, рост цен на сырье для их производства. Улучшение качества строительных материалов, а также создание ресурсосберегающих технологий производства строительных материалов, несомненно, является актуальной задачей.
В данной работе приведены результаты исследований разработки лакокрасочного материала, в частности эмали, из отходов химических производств ВОАО «Химпром».
Выбор растворителя для эмали производился исходя из того [5], что растворитель должен обладать хорошей растворяющей способностью по отношению к выбранному пленкообразователю. Основным критерием растворимости является вязкость раствора пленкообразующего компонента. Наиболее предпочтительное значение вязкости лакокрасочной композиции, обеспечивающей лучшее нанесение и распределение эмали по поверхности окрашиваемого материала, находится в пределах 20-90 с [2]. Кроме того, необходимо учитывать, что растворитель после нанесения раствора лакокрасочного материала быстро улетучивается. В целях экономии и для уменьшения выброса его в атмосферу желательно расходовать растворитель в минимальном количестве, поэтому следует отдавать предпочтение материалам с большим содержанием сухого остатка и меньшим растворителей.
Основными растворителями в промышленности для приготовления эмалей на основе сополимеров винилхлорида являются толуол, ацетон, дихлорэтан. В табл. 1 приведены результаты измерения вязкости и содержания сухого остатка эмали, приготовленной на различных растворителях.
Таблица 1
Значения вязкости и содержания сухого остатка эмалей, приготовленных на различных растворителях
Растворитель Содержание сухого остатка, % Вязкость по ВЗ-4, с
Ацетон 24-27 125-150
Толуол 22-27 65-90
Ацетон-толуол (1:4) 23-28 115-135
Дихлорэтан 23-29 90-110
Очищенные кубовые остатки производства ви-нилхлорида 30-38 30-60
Из таблицы видно, что эмаль, приготовленная на основе очищенных кубовых остатков производства винилхлорида, при наибольшем содержании сухого остатка имеет наименьшую вязкость.
В качестве пленкообразователя использовалась смесь отходов производства сополимеров винилхлорида с винилацетатом и винилхлорида с вини-лиденхлоридом. Данные отходы представляют собой затвердевший латекс
сополимеров, образующийся при чистке оборудования. Свойства сополимеров винилхлорида как пленкообразователей в лакокрасочной композиции во многом перекликаются, однако каждый вид имеет свои особенности. Так, покрытия на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом термопластичны, нейтральны, имеют высокую водостойкость, атмосферостойкость, стойкость к старению, твердость и эластичность. Однако для достижения хорошей адгезии на большинстве поверхностей (особенно полированных) необходимо использовать горячую сушку или вводить пластификатор в состав композиции. Покрытия на основе сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, напротив, благодаря внутренней пластификации, происходящей при наличии винилхлорида, обладают повышенными адгезионными свойствами [6].
Процентное соотношение данных отходов сополимеров в композиции определялось при измерении наиболее важных технологических показателей эмали и покрытия на ее основе. При различном соотношении отходов сополимеров определялась адгезия, эластичность, а также вязкость эмали. Результаты измерения представлены в табл. 2 и на рис. 1.
Таблица 2
Зависимость эластичности и адгезии пленки эмали от состава пленкообразователя
Отход производства сополимеров винилхлорида с винилацетатом, % 0 3 5 10 15 20 25 30 35 40
Отход производства винилхлорида с винилиденхлоридом, % 100 97 95 90 85 80 75 70 65 60
Эластичность пленки при изгибе, мм 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1
Адгезия по методу решетчатых надрезов, балл 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
Отход сополимера винилхлорида с винилацетатом, %
Рис. 1. Зависимость вязкости лакокрасочного материала от состава пленкообразователя
Анализируя полученные результаты, можно сделать выводы, что при соотношении сополимеров винилхлорида с винилацетатом и винилхлорида с винилиденхлоридом менее 10:90 соответственно ухудшается эластичность пленки, а при соотношении более 25:75 резко возрастает вязкость эмали, что увеличивает ее расход и затрудняет нанесение на окрашиваемую поверхность.
Максимальные и минимальные концентрации отходов сополимеров ви-нилхлорида с винилацетатом и винилхлорида с винилиденхлоридом определялись экспериментальным построением зависимости вязкости эмали от массовой доли в ней соответствующих отходов сополимеров в логарифмическом масштабе. Полученная зависимость представляет собой две пересекающиеся прямые (рис. 2). Точка пересечения, спроецированная на ось абсцисс, определяет критическую концентрацию пленкообразователя, при превышении которой в растворе образуется трехмерная флуктуационная сетка зацеплений за счет образования в системе узлов, обусловленных переплетением молекул силами межмолекулярного взаимодействия.
Рис. 2. Зависимость логарифма вязкости лакокрасочного материала от концентрации пленкообразователя при различном соотношении отходов сополимеров
Таким образом, критическая концентрация отходов сополимеров в совокупности при их соотношении 1:3 равна 13,5 мас. ч., а соотношении 1:9 -17 мас. ч. И, соответственно, конечные концентрации каждого отхода сополимера в эмали составляют: отход производства сополимеров винилхлорида с винилацетатом - 1,7-3,4 мас. ч., отход производства сополимера винилхло-рида с винилиденхлоридом - 10,1-15,3 мас. ч.
Основной функцией пигмента в лакокрасочной композиции является создание необходимого цвета и укрывистости эмали. Ключевое значение при проявлении пигментных свойств материалом также имеет показатель преломления. Чем больше разница между показателем преломления пигмента и среды, в которой он диспергирован, тем больше укрывистость. Большое содержание диоксида титана рутильной формы, имеющего высокий показатель преломления (п = 2,76), позволяет получить покрытие белого цвета, обладаю-
щее хорошей укрывитостью [3]. На рис. 3 представлена зависимость укрыви-стости пленки эмали от концентрации пигмента - отхода диоксида титана.
С%(мас.)
Рис. 3. Зависимость укрывистости пленки эмали от концентрации пигмента - отхода диоксида титана
Как видно, при достижении концентрации пигмента 21 % (масс) укры-вистость становится практически постоянной. Дальнейшее увеличение концентрации отхода диоксида титана нецелесообразно, так как может привести только к увеличению вязкости эмали.
Введение в качестве наполнителя отходов извести-пушонки предотвращает расслоение эмали и увеличивает стойкость покрытия.
Экспериментальное определение влагопоглощения пленки покрытия показало (рис. 4), что при введении в систему наполнителя влагопоглощае-мость немного снижается (до 5,5 мас. ч.), а затем резко возрастает. Это объясняется тем, что под действием света и тепла сополимеры винилхлорида подвергаются разложению, приводящему к отщеплению соляной кислоты и возникновению двойных связей в цепях. Компоненты, входящие в состав наполнителя (гидроксид кальция - 90 %, карбонат кальция, кремния - 10 %), обладают способностью поглощать соляную кислоту, что предотвращает окисление металлической поверхности и позволяет получить покрытие, стойкое к воздействию воды.
При исследовании свойств образцов эмали, содержащих наполнитель менее 5,5 мас. ч., было установлено, что при содержании его менее 3 мас. ч. суспензия неустойчива, и через некоторое время происходило ее расслаивание. Поэтому наполнитель является обязательным компонентом лакокрасочного материала в количестве 3,0-5,5 мас. ч.
Объединяя полученные результаты исследований, можно определить оптимальный состав данной эмали, мас. ч.:
Смесь отходов производства сополимеров винилхлорида с винилацетатом и винилхлорида
с винилиденхлоридом....................................12,0-16,4
Отход производства диоксида титана.....................11,7-20,8
Отход извести-пушонки производства
хлорной извести........................................3,0-5,2
Очищенные кубовые остатки производства
Винилхлорида...........................................62,0-70,7
э
О
СО
С,%(мас.)
Рис. 4. Зависимость влагопоглощаемости эмали от содержания в ней наполнителя
В табл. 3 представлены технические характеристики полученной эмали по сравнению с эмалью марки ХС-510 на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом [4].
Таблица 3
Численные значения технических характеристик различных эмалей
Технические характеристики Эмаль из отходов ХС-510
Время высыхания до ст. 3, ч., не более (ГОСТ 19007-73) 0,1-0,3 2
Адгезия по методу решетчатых надрезов, балл, не более (ГОСТ 15140-78) 1 2
Условная вязкость по ВЗ-4,с (ГОСТ 8420-74) 30-60 50-70
Эластичность пленки при изгибе, мм, не более (ГОСТ 6806-73) 1-2 3
Укрывистость сухой пленки, г/м2, не более (ГОСТ 8784-75) 73-93 100
Твердость пленки по маятниковому прибору, усл. ед., не менее (ГОСТ 5233-89) 0,4 0,4
Прочность пленки при ударе, кгс см, не менее (ГОСТ 4765-73) 50 50
Окончание табл. З
Технические характеристики Эмаль из отходов ХС-510
Стойкость к статическому воздействию жидкостей: воды раствора №С1 3% бензина минерального масла (ГОСТ 9.403-80) Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Нет свед. Нет свед.
Таким образом, полученные результаты испытаний [1] в соответствии со стандартами, указанными в табл. 3, свидетельствуют о том, что эмаль на основе предлагаемого состава обладает повышенной адгезией, эластичностью покрытия, стойкостью к воздействию бензина, минерального масла, солей, воды, быстрее высыхает по сравнению с известными покрытиями.
Выводы
1. Разработана ресурсосберегающая технология производства лакокрасочного материала.
2. Расширен ассортимент лакокрасочных материалов.
3. Исследовано влияние различных технологических показателей лакокрасочного материала на его качественный и количественный состав.
4. Установлено, что полученная эмаль обладает улучшенными свойствами по сравнению с известным аналогом в лакокрасочной промышленности.
5. Предложен способ комплексной переработки отходов производства сополимеров винилхлорида, производства диоксида титана, производства хлорной извести, производства винилхлорида.
Библиографический список
1. Карякина, М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М.И. Карякина. -М. : Химия, 1988. - 271 с.
2. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика / под ред. Р. Ламбурна. -СПб. : Химия, 1991. - 509 с.
3. Лакокрасочные покрытия / под ред. Четфильда. - М. : Химия, 1968. - 639 с.
4. Лакокрасочные материалы. Технические требования и контроль качества. - М. : Химия, 1983. - 335 с.
5. Яковлев, А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий / А.Д. Яковлев. - Л. : Химия, 1989. - 382 с.
6. Шампетье, Г. Химия лаков, красок и пигментов / Г. Шампетье, Г. Рабатэ. - М., 1960. - 584 с. V.F. JELTOBRUKHOV, M.S. BELKINA
DEVELOPMENT OF THE VANISH-PAINT-MATERIAL FROM WASTES OF THE VOLGOGRAD JOINT-STOCK COMPANY «KHIMPROM»
The results of development of vamish-and-paint materials, in particular enamels from waste products of the Joint-Stock Company “Khimprom” (Volgograd) are presented in the paper. The enamel obtained as a result of tests has improved technological parameters and can be used for various surfaces i.e. metal, glass, concrete, ferroconcrete, and asphalt.
