Воздействие на окружающую среду получения лакокрасочных покрытий

Содержание
Введение
Глава 1. Современное состояние производства лакокрасочных покрытий и динамика его развития
1.1.Современное состояние и перспективы развития мировой и российской лакокрасочной
1.2.Современные ЛКМ (преимущества и недостатки)
Глава 2. Воздействие производства лакокрасочных покрытий на окружающую среду
2.1.Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
2.2.Загрязнение почвы твердыми отходами. Сброс сточных вод в водоемы
Глава 3. Влияние производства лакокрасочных покрытий на экологические системы и человека
Заключение
Список использованных источников

Воздействие на окружающую среду получения лакокрасочных покрытий

В СПб и области работает четыре завода, производящих порошковые краски. Это «Тиккурила» на Охте, «Пигмент», «Экотон» и ГЗПК в Гатчине.Крупными производителями порошковых красок в РФ являются также Ярославский завод «Русские краски» и завод в Подмосковье (г. Орехово-Зуево) концерна Akzo Nobel ООО "Акзо Нобель Лакокраска" по производству порошковых покрытий Interpon, который в 2007 г. выпустил первую продукцию.Эти заводы, как конкуренты для западных поставщиков ПК в РФ, стали актуальны только последние 1 - 2 года. До этого рынок продаж ПК в РФ почти полностью (~ 80%) удовлетворялся поставками ПК западных производителей. Причём общий объём их продаж в РФ не сократился с вводом в действие фактически 3 крупных заводов в РФ, а остался на прежнем уровне, что говорит о том, что рынок ПК в РФ ещё далёк до стадии насыщения.[11]В Дальневосточном ФО РФ преобладают дешевые китайские порошковые краски. Эти«китайские» ПК активно внедряются на дальневосточном рынке, но вполне сосуществуют там с ПК, производимыми в западных регионах РФ, ввиду того, что высокое качество ПК, производимых в северозападном регионе, обеспечено технологиями и оборудованием, скопированными в Западной Европе.К 2007 - 2008 гг. в РФ в связи с устойчивым ростом и повышением активности отраслей промышленности, потребляющих ЛКМ, спрос на них продолжил активно расти. При этом по-прежнему сохраняется дисбаланс между потреблением жидких ЛКМ и порошковых красок (ПК). Это происходит несмотря на то, что• вводятся новые заводы по производству порошковых ПК,• китайские, турецкие и греческие фирмы усиливают свою экспансию на рынке продаж ПК в РФ,• производители Западной Европы тоже увеличивают экспансию по продажам и начинают строить свои заводы в РФ ("Акзо Нобель" в Орехово-Зуево, «Тиккурила» в СПб).В виду того, что у всех этих внешних производителей в цене ПК заложена максимальная рентабельность, с ними «уживаются» в условиях всеобщей экспансии и фактически без конкуренции на рынке ПК и так называемые отечественные производители, единственное отличие которых от западных производителей состоит в названии. Пока они работают по западной технологии, на западном оборудовании и сырье, других конкурентных отличий кроме транспортных расходов, у них нет.Современное состояние порошковых покрытий находится в стадии, когда потребителю не надо доказывать преимущества порошковых покрытий. Потребитель уже оценил соответствующее качество и преимущества порошковых покрытий перед аналогичными покрытиями на основе жидких красок. Массовый потребитель ждёт только момента, когда цены на порошковые покрытия несколько снизятся. Поэтому в выигрыше будут те бизнесмены, кто при сохраняющейся высокой рентабельности предложат способ снижения себестоимости производства ПК. Данный проект направлен именно на это.Обычно наполнители составляют до 40% массы порошковой краски. Смолы составляют 45 - 70% массы. Пигменты - не более 4 - 5%, и только в белых порошковых красках (в общем объёме продаж их доля составляет до 30%) используется 15 - 30 % пигмента - диоксида титана.Для производства ПК необходимы 2 вида компонентов: наполнители и связующие. Изготовление наполнителей само по себе является самостоятельным высокомаржинальным бизнесом. Рецептура классической технологии для производства ПК предполагает использование высококачественных (в основном импортных) наполнителей и пигментов. Ниже приведены нетрадиционные дешевые материалы, которые вполне могут заменить дорогостоящие компоненты в качестве наполнителей в ПК:Представляет собой отходы производства одного из Кольских ГОКов. Содержит пигмент рутил (двуокись титана) и может в виде тонкомолотого порошка заменять последний в качестве кроющего и отбеливающего пигмента.Слюды (флогопит, мусковит). Производит Чупинский завод в Карелии и др. Тонкомолотый продукт применяется для создания блестящего эффекта.Кварц. Тонкомолотый наполнитель обеспечивает белизну и абразивную стойкость покрытия. Бентонитовая глина. Светлый высокодисперсный наполнитель широкого применения. Алебастр (гипс).Сфалерит, галенит-сфалерит-баритовые концентраты. Эти сульфиды цинка, свинца и бария в тонкомолотом виде давно и широко применяются в качестве белых пигментов и обеспечивают высокую стойкость покрытий.Тальк. Мягкость и чешуйчатая форма тонкомолотого талька обеспечивает ему многочисленные применения в качестве наполнителя.Шпаты, пегматиты. Широкий спектр горных пород, применяемых в тонкоизмельчённом состоянии как наполнители ПК, а также как сырьё для стекольной промышленности и в строительстве при производстве керамогранита, керамической плитки и т.п.[2]Расположенные в Армении уникальные ярко окрашенные магматические породы, которые при сверхтонком помоле можно использовать в качестве превосходных термостойких пигментов (синий, жёлтый, красный, зелёный).Галлуазит. Нанотрубчатая разновидность глины. Повышает прочность ПК.Волластонит. Метасиликат кальция, традиционный белый игольчатый минеральный наполнитель. Увеличивает прочность ПК.Мел, мрамор. Самый массовый минеральный наполнитель в ЛКМ, полимерах и бумаге.Корунд. Не вполне традиционный, но очень твёрдый наполнитель (HV - твёрдость по Виккерсу 21 ГПа), применяемый в особых стойких к износу ПК.Гидроксид алюминия.Шунгит. Чёрный минеральный наполнитель и потенциальный пигмент. Горная порода, состоящая из ультрадисперсного углистого вещества и микроразмерного пористого оксида кремния. Повышает стойкость ПК к износу, радиационную стойкость, токопроводимость.Пиритные огарки. Дешевый и массовый источник железноокисных пигментов в тонкомолотом виде.BaSO4 (порторайт) - сульфат бария. Применяется как белый пигмент и наполнитель.Карбонат лития. Белый модификатор, обеспечивающий повышенную текучесть смеси.Древесные отходы (стружка, опилки, ветки, кора). В тонкомолотом виде представляют собой прекрасные наполнители для строительных материалов и полимеров.Макулатура. Дешевое сырьё для производства целлюлозного наполнителя.Порошковые лакокрасочные материалы (ЛКМ) - исходные продукты для получения ЛК покрытий. Порошок ПК состоят из тонкомолотых (обычно 100% меньше 100 мкм) частиц, которые, в свою очередь, состоят из более мелких прочно сцеплённых между собой (сплавленных) частиц. Сплавленные частицы представляют собой композит из плёнкообразующей среды (основы) и пигмента с наполнителем. ПК может и не содержать пигмента, а только основу. Тогда она называется лаком.По виду связующего ПК делятся на две группы красок - термопластичные и термореактивные.Термореактивные порошковые краски.Изготавливаются на основе связующих - термореактопластов типа полиэфирных смол, эпоксидных смол и их гибридных составов, а также связующих другого типа.В качестве основы могут использоваться чисто эпоксидные материалы, предназначенные чаще всего для защиты от коррозии и для электроизоляции. Хороший пример применения такого ПК -использование его для защиты труб. Эти покрытия обладают высокой адгезией к большинству материалов, механической прочностью и химической стойкостью.Важным классом порошковых красок являются ПК на основе полиуретановых смол. Полиуретановые порошковые ЛКМ наиболее широко производятся в США и Японии. Их изготавливают на основе гидроксилсодержащих полиэфиров и полифункциональных акрилатов, отвердителями служат блокированные изоцианаты. Полиуретановые лаки и краски экономичны, так как позволяют получать тонкие покрытия (25 - 50 мкм). Они отверждаются при 160 - 200 градусах по Цельсию в течение 10 - 30 минут. Обладают высокими механическими свойствами, хорошей адгезией даже к металлическим подложкам.[7]Термопластичные порошковые краски.Так называют ПК на основе термопластичных полимеров (например, полиэтилена). Их в отличие от термореактивных получают путем сухого механического смешивания компонентов в виде порошка. Они (ПК) имеют относительно большой размер частиц, и получаемые из них покрытия имеют большую толщину покрытия 150-300 мкм. Они выполняют преимущественно защитную функцию и более предпочтительны в случае долговечности получаемых покрытий.Акриловые лакокрасочные материалы К лакокрасочным системам с ВСО (до 65%) относятся термореактивные полиакрилаты — продукты совмещения мономеров, имеющих реакционноспособную группу (гидроксильную, карбоксильную, эпоксидную и др.) с алкидными, карбамидо- и меламиноформальдегидными, эпоксидными олигомерами. Покрытия на основе полиакрилатов отличаются хорошими физико-химическими свойствами: атмосферо- и светостойкостью, прочностью, декоративностью, а также хорошей адгезией к различным материалам. Материалы на их основе используют для антикоррозионной окраски автомобильных кузовов, бытовых приборов, алюминиевых конструкций. Недостатком их является относительно высокая стоимость. Особый интерес представляют водные дисперсии полиакрилатов, получаемые эмульсионной полимеризацией акриловых полимеров и сополимеров. Их используют в водоразбавляемых композициях, образующих твердые, атмосферостойкие и блестящие покрытия. Эти материалы применяют в строительстве для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, а также для отделки древесины. Полиуретановые лакокрасочные материалы В качестве пленкообразователя в полиуретановых материалах с ВСО используют олигомеры с наличием гидроксильных групп. В одноупаковочных материалах олигомеры комбинируются с блокированными изоцианатами, в двухупаковочных — с изоцианатами. Одноупаковочные системы более удобны в применении, однако они отверждаются при достаточно большой температуре. Двухупаковочные системы перед употреблением необходимо смешивать, при этом жизнеспособность приготовленных материалов невелика, однако их преимуществом является гибкость параметров процесса отверждения. Полиуретановые покрытия характеризуются высокими механическими показателями. Например, их твердость приближается к твердости стекла. Они атмосферо- и водостойкие, устойчивы к воздействию кислот, щелочей, растворителей, имеют хорошую адгезию к древесине, металлам, пластикам, покрытиям на основе других пленкообразователей. Полиуретановые лакокрасочные материалы токсичны и сравнительно дороги, но высокая стоимость окупается долговечностью защитных покрытий на их основе. Такие материалы используют для окраски морских судов, металлических и бетонных конструкций, в авиастроении, мебельной промышленности и строительстве. Кремнийорганические эмали Особый интерес представляют кремнийорганические материалы олигоэфирного типа с ВСО. Силиконовые олигомеры хорошо совместимы с алкидными, акриловыми, олигоэфирными пленкообразователями. Такие материалы образуют атмосферо- и теплостойкие покрытия с хорошей износостойкостью. Их используют для окраски рулонных металлов, различных металлических поверхностей . Эпоксидные лакокрасочные материалы К новинкам олигомерных композиций без использования растворителей относятся низковязкие алифатические эфиры с высоким содержанием эпоксидных групп, отверждающиеся циклоалифатическими полиаминами. Эти низковязкие составы обладают высокой стойкостью к растворителям и агрессивным средам. Кроме того, эпоксидные материалы имеют хорошую адгезию к подложке, высокие антикоррозионные и электроизоляционные показатели. Они образуют толстослойные покрытия при одноразовом нанесении. Их используют в тех случаях, когда к защитным свойствам покрытий предъявляют повышенные требования. Глава 2. Воздействие производства лакокрасочных покрытий на окружающую среду2.1.Выбросы загрязняющих веществ в атмосферуНаиболее часто ЛКМ, подготовленные к нанесению, представляют собой суспензию пигментов и наполнителей в полимерном связующем, технологические свойства которой регулируются путем введения специальных добавок и растворителей. После нанесения лакокрасочного состава на защищаемую поверхность в течение некоторого времени протекает процесс его отвердения, приводящий к образованию твердой пленки покрытия с определенными эксплуатационными свойствами, которые можно охарактеризовать целым рядом показателей качества покрытия. Несмотря на то, что механизмы отвердения лакокрасочных материалов различны и во многом определяются видом полимерного связующего, можно отметить одну общую закономерность процесса их отвердения, а именно - испарение практически всего растворителя из покрытия в окружающую среду. Рассматривая перечень растворителей, входящих в состав антикоррозионных ЛКМ, можно убедиться, что при всем многообразии ассортимента лакокрасочной продукции он невелик и представлен легколетучими органическими соединениями (ЛОС) или их смесями. Перечень и предельно допустимые концентрации наиболее часто применяемых в качестве растворителей ЛОС приведен в табл. 3.Таблица 3- Предельно допустимые концентрации растворителейНаименование растворителяВ воздухе рабочей зоны, мг/м3В воздухе населенных пунктов, мг/м3В воздухе санитарно-бытовых водоемов, мг/м3Агрегатное состояниеАцетон2000,35-парыБензин3005-парыКсилол500,2-парыСпирт бутиловый100,11парыТолуол500,60,5парыЦиклогексанон100,040,2парыТаким образом, в первом приближении растворитель, а точнее его пары, можно считать своеобразными отходами производства, загрязняющими атмосферу и способными оказывать некое воздействие на человека и окружающую среду. Степень или последствия данного загрязнения определяется химическим составом, свойствами и массовой концентрацией растворителя в лакокрасочном материале. Особенно опасен продолжительный контакт с растворителями - стоит только вспомнить об обслуживающем персонале бензохранилищ (бензин так же относится к ЛОС), который длительно испытывает так называемый «бензиновый стресс», приводящий к развитию разнообразных аллергических реакций.Необходимо отметить, что наличие одного и того же растворителя в различных ЛКМ абсолютно не означает то, что эти составы вносят одинаковый вклад в загрязнение окружающей среды[7]. Рассматривая рецептуры традиционных ЛКМ более подробно, можно установить, что массовая концентрация растворителей в них различна и составляет от 25 до 65% по массе. Следовательно, при нанесении одинаковых количеств материалов с различной концентрацией растворителей, в атмосферу (а точнее в воздух рабочей зоны) выделится неодинаковое количество паров растворителя. Например, при нанесении (выработке) килограмма ЛКМ с концентрацией растворителей 35 и 65% соответственно, в первом случае в воздух рабочей зоны выделится 350 г паров растворителя, а во втором - 650 г. В целом же, на территории Европы, по оценкам специалистов ежегодная эмиссия паров растворителей в атмосферу составляет более 550 тыс. тонн.Специфические условия строительства и эксплуатации теплоэнергетического оборудования и, в первую очередь, трубопроводов тепловых сетей, ставит перед строительными, эксплуатирующими и ремонтными службами целый ряд проблем, важнейшая из которых - защита от коррозии. Большое разнообразие разрушающих факторов - влаги, перепада температур, блуждающих токов, воздействующих на трубопроводы тепловых сетей, требует применения для их защиты химически и термически стойких, долговечных и технологичных защитных покрытий. В настоящее время существует ряд лакокрасочных покрытий, получаемых из органораз-бавляемых материалов, показатели качества которых удовлетворяют условиям эксплуатации трубопроводов тепловых сетей. Однако, в большинстве случаев составы, используемые при формировании таких покрытий, содержат значительное количество летучих органических растворителей, что помимо загрязнения окружающей среды вызывает определенные трудности при проведении работ в замкнутых объемах, подвалах зданий, общественных учреждениях и требует проведения мероприятий, обеспечивающих соблюдение норм охраны труда и пожарной безопасности (табл. 4).Таблица 4- Параметры взрыво- и пожароопасности растворителейНаименованиерастворителяТемпература, °СОбластьвоспламенения, % об.Температурные пределывоспламенения, °СВспышкиСамовоспламененияНижнийВерхнийНижнийВерхнийАцетон-184652,213-206Бензин-173501,15,4-1710Ксилол295900,934,52450Спирт бутиловый343451,7123160Толуол45361,36,7030Циклогексанон404950,923,53157Как это не парадоксально, но в России проблема защиты от коррозии с применением органоразбавляемых материалов пока что ощущается не так остро, как, например, в Германии или США. Дело в том, что в большинстве промышленно-развитых стран уже существуют законодательные ограничения на использование в технологических процессах ЛКМ, загрязняющих окружающую среду, причем установленные нормативы обязательны как для производителей, так и для потребителей материалов.Вместе с тем материалы на основе органических растворителей остаются значительной составляющей рынка ЛКМ, поскольку за счет ряда преимуществ (способности к отверждению в сложных условиях (при высокой влажности и отрицательных температурах), возможности получения покрытий хорошего качества на сложных подложках, высокой механической и химической стойкости) часто бывают предпочтительней прочих ЛКМ. Очевидно, что в данном случае мы сталкиваемся с классическим примером так называемой «двуединости» техники в целом и средства труда (ЛКМ), в частности. С одной стороны органоразбавляемые материалы необходимы в тех областях применения, где к покрытиям предъявляются повышенные требования по защитным и декоративным свойствам, с другой - ограничивается применение лакокрасочных материалов с высокой концентрацией растворителей, оказывающих негативное влияние на окружающую среду и человека.Например, ЕС уже приняты директивы, содержащие конкретные указания по снижению ЛОС до определенного уровня к 2010 г. во многих секторах лакокрасочной промышленности, а в России разрабатывается проект Федерального закона - «Технический Регламент «О безопасности ЛКМ и растворителей». [8]Американское агентство по охране окружающей среды окончательно приняло новые нормативы по содержанию летучих органических растворителей в рецептурах строительных и промышленных ремонтных красок. Согласно этим нормативам в красках для ремонта квартир этот показатель не должен превышать 250 г/л, а в промышленных -400 г/л. Эти цифры показательны - аналогичные значения фигурируют в проекте вышеупомянутого закона (сравните их с существующими -350-650 г/л).Производство ЛКМ за год выбрасывает в атмосферу около 725 тысяч тонн, из которых улавливается всего лишь 46,8-45,5%. Главным образом улавливают твердые вещества, менее опасные для здоровья населения; улавливание диоксида серы и оксидов азота остается на очень высоком уровне, поскольку эти вещества представляют большую опасность для окружающей среды, чем даже отдельные химические заводы, где степень улавливания загрязняющих веществ составляет 0,97-0,95% [3].В радиусе 200-300 м влияния предприятия ЛКМ на воздушную среду видоизменяется растительность, сохнут трава, кусты и деревья. Отсутствие интенсивного проветривания приземных слоев атмосферы приводит к осаждению многих компонентов газовых потоков вместе с аэрозолями на поверхности растений, почв и водоемов. Растения по-разному реагируют на воздействие. Наиболее чувствительными являются хвойные деревья, что связано с длительным контактом их мало изменяющейся в течение года хвои с загрязненной средой. Длительный контакт растительного покрова с токсичной средой при малой концентрации сопровождается проявлением неспецифического хлороза.Проблема минимизации экологического ущерба при производстве ЛКМ может решаться в двух направлениях за счет:- повышения эффективности существующих методов очистки промышленных выбросов в окружающую среду (сточные воды, отработанные газы, дым и др. взвешенные частицы), ликвидации (переработки) твердых отходов;- внедрения новых альтернативных технологий (экологически чистых, безотходных).В рамках выявления негативного воздействия производства ЛКМ на окружающую среду на основе данных аэрокосмической съемки могут решаться следующие основные задачи:- выявление сброса сточных вод;- идентификация несанкционированного складирования отходов производства на территории;- определение атмосферного загрязнения (по косвенным признакам). 2.2.Загрязнение почвы твердыми отходами.