Технология производства ВД-АК

В настоящее время наиболее используемыми являются пеногасители на основе минеральных и силиконовых масел. Пеногасители на основе минеральных масел недороги, но их активность ниже, чем более дорогих продуктов на основе силиконовых масел. Высокоактивные пеногасители,  содержащие силикон, требуют очень тщательного выбора марки и количества, так как они могут вызывать образование дефектов покрытия  (кратеры, «рыбий глаз», ячейки Бенарда). При добавлении очень мелких гидрофобных частиц, например силикагеля или воска в жидкий пеногаситель, можно повысить его активность (рис. 2.2, с). Благодаря высокому сродству ПАВ к добавляемым частицам пеногасителя, способного полностью устранить пенообразование в ВД-ЛКМ. Поэтому для каждой рецептуры необходим тщательный подбор экспериментально типа и количества пеногасителя, а также условий его введения в композицию.

     Консерванты и биоцидные добавки.

       На земле живут около 150 тысяч известных видов микроорганизмов,  приспособленных для существования в водной среде при наличии в ней необходимой питательной среды.

Для бактерий и грибов питательными средами могут быть все компоненты водоразбавляемых ЛКМ: эмульсионные полимеры, поверхностно-активные вещества, диспергаторы, загустители, пеногасители, пигменты, наполнители. Так, например, производные целлюлозы, применяемые в качестве загустителей, восстанавливаются микроорганизмами до мономерных сахаридов, в результате чего вязкость красок при хранении может сильно понизиться, а пигменты образуют плотные осадки.

     Признаки биопоражения: появление плесени, изменение запаха, выделение газов, расслоение эмульсии, уменьшение вязкости, ухудшение потребительских качеств продукта.

     Если ВД-ЛКМ при хранении в таре заражаются микроорганизмами, это может приводить к образованию «сыворотки» (расслоению) или к изменению вязкости. Далее из-за выделения газа может повышаться давление в таре, и возникает неприятный запах. Риск заражения ВД-ЛКМ возникает при использовании природных загустителей и наполнителей. Следовательно, при хранении ЛКМ в таре необходимо использовать такие же активные водорастворимые вещества или их сочетания, как и для хранения дисперсий. В большинстве случаев микробное заражение ЛКМ происходит еще в процессе их изготовления на предприятии при наличии хотя бы одного из следующих факторов:

• микробиологически загрязненные сырье, вода или полуфабриканты;
• зараженное оборудование;
• плохая гигиена производства, неэффективные мойка и дезинфекция оборудования и помещений.

     Своевременное введение консервантов и биоцидов позволяет прекратить рост и размножение микроорганизмов в системе.

    Антифризы: Поскольку водные дисперсии полимеров являются системами термодинамически неустойчивыми, они далеко не всегда способны обратимо выдерживать замораживание.

    Под морозостойкостью дисперсий и красок понимается способность таких систем восстанавливать первоначальные свойства после замораживания и оттаивания. О морозостойкости краски судят по числу циклов замораживания — оттаивания, которое она выдерживает без заметной коагуляции; морозостойкие краски должны выдерживать не менее 5 циклов.

    В водных дисперсиях полимеров и красках на их основе всегда присутствуют водорастворимые или гидрофильные компоненты  (электролиты, ПАВ, загустители и т.д.), поэтому при охлаждении ниже 0°С происходит постепенное вымораживание части дисперсионной среды и концентрирование этих компонентов в не замерзшей части воды. Полное вымораживание воды в водно-дисперсионной краске происходит обычно при температуре от -15 °С до -40 °С в зависимости от содержания и природы этих компонентов. Группы частиц в этих условиях теряют подвижность и подвергаются сжатию со стороны кристаллов льда. При этом создаются условия для возникновения необратимых контактов между частицами, т.е.  для коагуляции. Для понижения температуры вымораживания в рецептуру водно-дисперсионных красок вводят антифриз, обычно этиленгликоль. Его введение повышает морозостойкость за счет увеличения содержания гидрофильных компонентов в краске. Недостатком этого пути является понижение водостойкости покрытий.

    На морозостойкость могут влиять другие целевые компоненты водно- дисперсионных красок. Известно, что даже при сильном обезвоживании ионные и неионные ПАВ удерживают определенные количества воды  (несколько молекул воды на одну гидрофильную группу ПАВ). Если эти ПАВ адсорбированы на поверхности дисперсных частиц, то между ними будут сохраняться жидкие прослойки. Поэтому практически все поверхностно-активные добавки водно-диспересионных красок (диспергаторы, стабилизаторы, эмульгаторы,  смачиватели),  а также загустители повышают морозостойкость.

    Пластификаторы и добавки, улучшающие коалесцепцию, обычно ухудшают морозостойкость. /3/

Для понижения температуры вымораживания в рецептуру водно-дисперсионных красок вводят антифриз, обычно этиленгликоль. Его 
введение повышает морозостойкость за счет увеличения содержания гидрофильных компонентов в краске. Недостатком этого пути является понижение водостойкости покрытий.

     Смачивающие и диспергирующие добавки: Диспергирование пигментов и наполнителей в пленкообразующей системе - это сложный физико-химический процесс, во многом определяющий качество и эксплуатационную пригодность ЛКМ.

     Диспергирование пигментов в пленкообразующих композициях состоит из трех процессов: 1) смачивание поверхности пигментов с удалением адсорбированных газов и заменой поверхности раздела газ - твердое тело на жидкость - твердое тело; 2) разделение агрегатов - диспергирование  под   влиянием   расклинивающего  действия адсорбционных слоев и сдвиговых механических усилий и равномерное распределение частиц пигментов во всем объеме пленкообразователя;

    3)формирование адсорбционно-сольвативных межфазных слоев, препятствующих повторной коагуляции, т.е. стабилизация дисперсий. /6/.

    Воздействовать на процессы смачивания и диспергирования, а также стабилизации можно с помощью поверхностно-активных веществ, к которым относятся смачивающие и диспергирующие добавки.  Диспергирующие добавки, мигрируя полярными группами по твердой поверхности от одного активного центра к другому и проникая в микро- и макро-трещины между отдельными частицами в агрегатах, оказывают расклинивающее действие (эффект Ребиндера), что приводит к понижению прочности пигментов и облегчению разделения агрегатов до первичных частиц. При этом диспергирующие добавки, распределяясь по поверхности частиц пигмента, удерживают их на определенном расстоянии друг от друга за счет сил электростатического отталкивания или пространственных  «помех», предотвращая флокуляцию (т.е. когда частицы дисперсной фазы, имеющие адсорбционные оболочки, могут слипаться своими оболочками через прослойки межфазного адсорбционно-сольвативного слоя). /6/.

      Электрическое отталкивание заключается в том, что в результате адсорбциивеществ, способных диссоциировать на ионы, частицы пигмента приобретают электрический заряд. Этот заряд можно увеличить или сделать все частицы одинаково заряженными. В этом случае, благодаря действующим силам электростатического отталкивания одноименно заряженных частиц, тенденция к флокуляции значительно снижается. С увеличением толщины двойного электрического слоя, окружающего частицу, повышается стабильность пигментной дисперсии.

    Этот механизм особенно эффективен для водных латексных систем. В качестве добавок в этом случае используют полиэлектролиты-высокомолекулярные вещества (полифосфаты натрия). Благодаря своей химической структуре эти соединения обладают также и смачивающим действием.

распределяется в нем, создавая вокруг частичек пигментов оболочку,  препятствующую их сближению.

    Смачивающими добавками являются, как правило низкомолекулярные ПАВ для границы вода - воздух. Понижение поверхностного натяжения на этой границе облегчает и ускоряет смачивание пигментов и наполнителей.  Поскольку смачиватель необходимо «направить» именно на границу вода-воздух, для его выбора требуется сравнить его активность к этой границе и к границе вода-пигмент.

      Кроме того, эффективное смачивание пигмента дисперсионной средой обеспечивается при понижении поверхностного натяжения в динамических условиях. Поэтому смачивающие агенты должны обладать способностью достаточно быстро диффундировать к новой или обновленной поверхности.  В отличие от ПАВ, обеспечивающих агрегативную устойчивость, от смачивателя не требуется высокая поверхностная активность и прочность адсорбционной связи/3/.

       В некоторых рецептурах латексных красок функцию стабилизатора пигментных частиц выполняет загуститель. В качестве характерного примера можно привести комбинацию полифосфата натрия, обладающего хорошей диспергирующей и низкой стабилизирующей способностью, с водорастворимым эфиром целлюлозы, не обладающим диспергирующими свойствами, но выполняющим функцию коллоидного стабилизатора

    Пространственные помехи наблюдаются тогда, когда одна часть диспергатора, обладающая средством к пигменту, адсорбируется на его поверхности, а другая совместима с пленкообразователем и свободна.

В большинстве рецептур воднодисперсионных лакокрасочных материалов в качестве диспергатора используется триполифосфат натрия (ТПФН) и полифосфат натрия. Диспергирующее действие фосфатов объясняется   их   способностью   связывать   ионы   Са²⁺   и   Mg²⁺ присутствующих в воде, которые являются сильными флоккулирующими агентами   для   отрицательно   заряженных   ионно-стабилизированных дисперсий: /3/. 

             3 Са²⁺+ 2Р0₄^3-=Са₃(Р0₄)₂ 

    2.5. Разбавители

      Роль разбавителя в водно-дисперсионных ЛКМ играет вода. К воде предъявляются определенные требования. Она должна быть по возможности более чистой и не содержать растворенных солей.  Растворенные соли резко снижают стабильность полимерных дисперсий,  вызывая коагуляцию и последующее расслоение лакокрасочного материала. 

3. Обоснование выбора технологического процесса

    Существуют    три    способа    производства:    непрерывный,  периодический, полунепрерывный.

    При непрерывном способе производства технологическая система состоит из аппаратов непрерывного действия, в поперечном сечении которых свойств веществ не изменяются, их превращение наблюдается по длине таких аппаратов. Этот способ целесообразно применять для крупнотоннажных производств.

Достоинства: 1) высокая производительность, 2) возможность механизации и автоматизации, 3) высокое качество продукта (более однородный воспроизводимый продукт обеспечивается за счет большей стабильности технологических параметров), 4) относительно невысокие потери сырья, 5)  малая доля вспомогательного оборудования.

Недостатки: 1) дорогое оборудование, 2) сложность переналадки на выпуск другой родственной продукции.

При периодическом способе производства технологическая система состоит из аппаратов периодического действия. В этом случае, сырье по пути превращения в готовый продукт проходит последовательно несколько аппаратов, в которых за счет активного перемешивания создается «режим идеального смешения». Данный способ применим для малотоннажных производств.

Достоинства: 1) относительно невысокая стоимость оборудования, 2)  простота оборудования, 3) легкость переналадки на выпуск другой родственной продукции, пользующейся спросом.

  Недостатки: 1) высокая стоимость готовой продукции, 2) высока доля вспомогательного оборудования. 

     3.1. Выбор оборудования  
Выбор оборудования для транспортировки жидкого сырья и материалов

  В нашем случае транспортировка может осуществляться в емкостях определенного объема с помощью наземного транспорта.

     Оборудования для дозирования сырья и материалов

      Дозирование сырья и материалов может осуществляться способами:

1. компоненты загружаются в аппарат с помощью дозирующего устройства;
2. с использованием тензовесов, на которых установлен аппарат;
3. дозирование компонентов вручную с   использованием платформенных весов и т.д,;
4. комбинированный способ сочетает в себе предыдущие способы. 
   Достоинства первого способа: