Контроль повітря на підприємствах з переробки пластмас (поліолефінів, полістиролів та фенопластів)
Лиття під тиском
2.1. Якісний склад летких речовин, що виділяються у повітря при переробці полістиролів
При переробці полістиролів у присутності повітря та при підвищеній температурі проходять процеси термічної та термоокислювальної деструкції полімерів. Деструкція обумовлена реакціями відриву, заміщення, дисоціації. Елементарні реакції можуть протікати послідовно та паралельно. Залежно від умов, якісь реакції можуть виявитися переважаючими та визначатимуть механізм процесу загалом. При переробці полістиролів (загального призначення, ударостійкого та спінюється) в інтервалі температур 180-350 °С виділяються такі речовини, як стирол, ароматичні вуглеводні (бензол, етилбензол, толуол, ізопропілбензол, пропілбензол, -метилстирол), дибутилфталат; при переробці пінополістиролу додатково - бензальдегід та ізопентан.
З перерахованих речовин до продуктів деструкції відносяться бензальдегід, формальдегід, окис вуглецю. Інші є домішками товарного стиролу чи беруть участь у процесі синтезу полістиролів (стирол, дибутилфталат).
Серед великої кількості речовин, що виділяються при переробці полістиролів у вироби, основними є стирол (ГДК=5 мг/м), бензол (ГДК=5 мг/м), формальдегід (ГДК=0,5 мг/м), бензальдегід (ГДК= 5 мг/м ), дибутилфталат (ГДК=0,5 мг/м ), окис вуглецю (ГДК=20 мг/м ), ізопентан (ГДК=300 мг/м ), толуол, етилбензол, ізопропілбензол (50 мг/м ) .
3. ФЕНОПЛАСТИ. ВИРОБНИЦТВО І ПЕРЕРОБКА
Нині дедалі більше застосування синтезі смол знаходить фурфурол. Для спільної конденсації з фенолом та формальдегідом також використовується анілін.
Реакції конденсації фенолів з альдегідами, що ведуть до утвореннятермопластичних та термореактивних смол, дуже складні та проходять зазвичай у присутності кислих або лужних каталізаторів. Залежно від хімічної будови сировини, молярного співвідношення фенолу та альдегіду, кислотності реакційного середовища, утворюються два типи смол: новолачні (термопластичні) та резольні (термореактивні).
Новолачні смоли зазвичай отримують конденсацією формальдегіду з надлишком фенолу при молярному співвідношенні компонентів 5:6, резольние смоли - при конденсації фенолу з надлишком формальдегіду. Молярне співвідношення компонентів становить 6:7.
Синтез новолачних смол проводять у присутності, головним чином, кислих, а резольних – у присутності лужних каталізаторів.
Як кислі каталізатори застосовують соляну, щавлеву, молочну, оцтову, сульфанілову кислоти, а також толуолсульфокислоту. Поряд з перерахованими сполуками використовують суміші борної та сірчаної кислот і деякі хлориди металів кислого характеру, наприклад, хлорид цинку або магнію. Одна з вимог, що висуваються до каталізаторів, - це можливість видалення залишків каталізатора з кінцевого продукту. До таких каталізаторів, наприклад, відноситься трихлороцтова кислота, яка при нагріванні до 100-200 °С під тиском розкладається на хлороформ і двоокис вуглецю.
Як лужні каталізатори застосовують окиси або гідроокиси лужних, лужноземельних металів, аміак і деякі аміни.
Слід зазначити, що реакція фенолів з формальдегідом протікає не кількісно, і після припинення поліконденсації реакційної суміші залишаються незв'язані вихідні речовини. Причому при досягненні рівноваги у разі утворення резольних смол залишається більше вільного фенолу, ніж вільного формальдегіду, а при отриманні новолачних смол, навпаки,менше вільного фенолу.
Однією із стадій отримання смол є стадія затвердіння, тобто. доведення процесу конденсації до стадії, де досягаються необхідні властивості кінцевого продукту.
Затвердіння резольних смол проводять під час нагрівання до 150-180 °С. При цьому утворюються метиленові та диметиленефірні містки. При температурі 200 °С і вище протікають різні ланцюги перетворення, що не впливають на ріст, серед яких велике значення мають окислювально-відновні процеси. При цьому спостерігається поява характерних для цих процесів таких груп, як етиленові ( ), вініленові ( ), метильні та ін При температурах вище 300 ° С починається деструкція смоли.
Затвердіння новолачних смол проходить у присутності затверджувачів. Як останні використовують гексаметилентетрамін (уротропін), параформальдегід, а також метиловмісні феноло-, карбамідо-, меламіно- і диціандіамідоформальдегідні продукти поліконденсації або суміш уротропін - борна кислота (15:5). Серед перелічених затверджувачів найбільше промислове застосування знайшов уротропін. На практиці здебільшого вводять від 6 до 15% уротропіну, залежно від кількості та типу смоли. При затвердінні уротропіном виділяється кілька аміаку.
У виробництві фенопластів використовують як органічні, і мінеральні наповнювачі. Їх додавання призводить до покращення механічних, електричних, теплових та інших властивостей фенопластів. Наповнювачів існує багато і вибирають їх відповідно до необхідних властивостей готових виробів. Більшість фенопластів містять як наповнювач деревне борошно (40-65%).
До складу прес-мас, крім смоли, наповнювачів та каталізаторів затвердіння входять різні допоміжні матеріали, що змащують речовини,барвники, мінеральні та інші добавки. Загальна кількість цих компонентів становить 10-15%, і вони впливають на властивості одержуваних фенопластів.
Як мінеральні добавки використовують кварцове, бакелітове і слюдяне борошно, каолін, скляне волокно, вапно, муміє, окис магнію. З барвників найчастіше застосовують нігрозин, а також судан, метилвіолет, муміє, сажу та різні пігментні барвники. Роль мастил зазвичай виконують олеїнова та стеаринова кислоти, стеарати цинку, магнію та алюмінію, а також різні воски.
Існує кілька способів одержання фенопластів. Прес-маси з порошкоподібними наповнювачами виготовляють переважно сухим способом, а з волокнистими або крихітними наповнювачами - мокрим. Відомі способи отримання прес-матеріалів ґрунтуються на використанні вальцевого або шнекового методів. Ці методи є багатостадійними технологічними процесами. В даний час починає застосовуватися безперервний спосіб отримання прес-матеріалів, що передбачає проведення всіх процесів (змішування смоли з сумішшю сипких компонентів, поліконденсації та термообробки) в одному технологічному потоці, замкнутому реакційному просторі. Одержуваний таким чином прес-матеріал має стабільні властивості. Кожен із способів має свої технічні та санітарно-гігієнічні переваги та недоліки.
Різноманітність фенолформальдегідних смол, наповнювачів, затверджувачів та інших добавок уможливлює виготовлення великого числа прес-мас з різними властивостями.
В даний час вітчизняною промисловістю випускаються фенопласти у вигляді порошкоподібних і волокнистих мас за ГОСТ 5689-73 "Пресувальні маси фенольні", який охоплює близько 45 марок.
Традиційним методомвиготовлення виробів із пластмас є пресування. Пресування реактопластів здійснюється двома основними способами: прямим та ливарним. Методи пресування класифікують також за величиною питомого тиску та за температурою. Розрізняють "гаряче" пресування (170-180 ° С), високотемпературне (200-210 ° С) та "холодне" (20 ° С).
Технологічний процес пресування виробів з реактопластів складається з низки операцій, серед яких важливе значення має операція попереднього нагрівання.
На виробництві для попереднього нагрівання прес-матеріалів застосовують генератори струмів високої частоти (ТВЧ) та термошафи. В останніх здійснюється більш тривале в порівнянні з ТВЧ нагрівання.
У середньому температура попереднього нагріву становить 60-100 °С, час витримки - 3-20 хв у термошкафах та 0,5-1,5 хв - в установках ТВЧ.
Пресування - процес, який перебуває в наступному. Формувальний матеріал у вигляді порошку або таблетки поміщають у відкриту прес-форму. Як правило, пресування проводять при температурі 150-180 °С, а тонкостінні вироби пресують при температурі близько 205-210 °С. Питомий тиск у середньому становить 25-45 та 40-80 мПа для прямого та ливарного пресування відповідно.
Тривалість витримки відформованого виробу в гарячій формі під тиском (час пресування) залежить, в основному, від швидкості затвердіння прес-матеріалу та товщини виробу і становить у середньому 0,6-2,0 хв на 1 мм товщини деталі.
Іншим способом переробки фенопластів є метод лиття під тиском. Цей процес формування виробів із полімерного матеріалу складається з двох операцій - підготовки матеріалу та формування. Підготовка матеріалу полягає у його розігріві до в'язко-плинного стану при підвищеній температурі (200-220)°С) в циліндрі, що обігрівається. Потім тим чи іншим способом підготовлений матеріал впорскується в замкнуту форму, що обігрівається для реактопластів. У формі матеріал твердне.
Всі методи переробки фенопластів характеризуються забрудненням повітряного середовища шкідливими речовинами. Їх виділення відбувається як у стадіях підготовки, формування полімерного матеріалу, і на стадіях подальшої обробки готового вироби.
3.1. Якісний склад летких речовин, що виділяються у повітря при переробці фенопластів
Повітряне середовище при переробці фенопластів дуже складне за своїм хімічним складом. Одночасно в ній можуть бути речовини, що належать до різних класів органічних сполук.
У наведеній нижче таблиці наведено якісний склад газовиділень з основних найпоширеніших марок фенопластів.
Якісний склад пароповітряної суміші при переробці фенопластів (=180-200 °С)