Виробництво лакофарбових матеріалів
Основна частина продукції, що випускається лакофарбовою промисловістю - це пігментовані лакофарбові матеріали. Вони широко використовуються в таких галузях промисловості, як машинобудування, радіоелектроніка, авіація та суднобудування, промислове та житлове будівництво, космічна-техніка та виробництво товарів народного споживання та ін Інтенсивний розвиток народного господарства викликає необхідність збільшення обсягу виробництва пігментованих лакофарбових матеріалів з покращеними якісними показниками. Для вирішення цієї проблеми необхідне знання теорії та практики пігментування лакофарбових матеріалів.
Залежно від того, для якого шару лакофарбового покриття призначені пігментовані матеріали, їх ділять на емалі та фарби (у тому числі водоемульсійні та порошкові), ґрунтовки, шпаклівки тощо.
Експлуатаційні характеристики покриттів залежать від складу пігментованих лакофарбових матеріалів, що їх утворюють. Тому останні розрізняють і призначення покриттів. Наприклад, випускають матеріали для атмосферо-, водо-, хімічно стійких, спеціальних та інших покриттів.
Відповідно до ГОСТ 9825-73 кожній марці пігментованого лакофарбового матеріалу надається буквений і цифровий індекс. Літерний індекс вказує на тип основного олігомеру (полімеру) у складі матеріалу. Цифровий індекс складніший. Перша цифра вказує на призначення матеріалу. Для емалей та фарб – це умови експлуатації покриттів. Наприклад, атмосферостійкі-1, водостійкі - 4, термостійкі - 8 і т. п. Для ґрунтовок першим у цифровому індексі коштує 0, для шпаклівок - 00. Інші цифри в індексі позначають номер рецептури.
Наприклад, гліфталева грунтовка, виготовлена порецептурі № 20; має індекс ГФ-020; епоксидна атмосферостійка емаль, виготовлена за рецептурою № 40, має індекс ЕП-140; кремній органічна термостійка емаль, виготовлена за рецептурою № 11, має індекс КО-811 і т.д.
Усі пігментовані лакофарбові матеріали поділяють на дві групи: традиційні рідкі та порошкові.
Нижче буде розглянуто їх основні властивості, теоретичні основи та технологія отримання.
Опис технологічної схеми
Пігментовані лакофарбові матеріали є складними багатокомпонентними композиційними системами. До їх складу входять: олігомери (полімери), пігменти та наповнювачі, розчинники та розріджувачі, а також різні добавки спеціального призначення (сикативи, пластифікатори, ПАР та ін.). Властивості пігментованих лакофарбових матеріалів та покриттів на їх основі визначаються головним чином властивостями олігомерів (полімерів) та пігментів, а також характером їхньої фізико-хімічної взаємодії. Інші компоненти також можуть істотно впливати на реологічні властивості матеріалів, процеси їх затвердіння (утворення покриття) та експлуатаційні характеристики покриття.
Пігментовані лакофарбові матеріали прийнято класифікувати за типом основного олігомеру (полімеру), що входить до його складу. Наприклад, широко поширені гліфталеві (ГФ), пентафталеві (ПФ), епоксидні (ЕП), поліуретанові (УР), кремійорганічні (КО) та інші матеріали.
Пігментовані матеріали виготовляють на підставі як однофазних, так і двофазних рідких плівкоутворюючих систем. До перших відносяться розчини олігомерів в органічних розчинниках, оліфи та розчини природних сполук. До других водні та органодисперсії полімерів. Нижче як приклади ми розглянемовиробництво емалей і можливе водоемульсійних фарб.
Кожен пігмент диспергують в лаку окремо на бісерних дис-пергаторах /—3.На схемі їх показано три, але ніколи потрібно більше — ло числу пігментів, що входять до рецептури. Приготування пігментних паст проводять на швидкохідних змішувачах, що поперемінно працюють (дисоль-верах) -4, 5і6.Така робота дисольверів забезпечує безперервну роботу бісерного млина. У дисольвери пігменти подають нз бункерів7, 8і9шнековими дозаторами10—12.Розчинник і лак надходять у дисольвери через дозувальні агрегати13, 14і15.Готову пасту збирають у накопичувачах16—18.Подача пасти в бісерні диспергатори та накопичувачі здійснюється насосами19.> Складання емалі проводять у змішувачах20.Окремі компоненти емалі дозують н подають у змішувач дозувальним агрегатом21.Стандартизацію емалі проводять також у змішувачах. Готову емаль очищають на фільтрах22,, через які вона прокачується насосами23,і направляють на фасувальний агрегат.
Основними операціями технологічного процесу виробництва емалей є: змішання пігментів (наповнювачів) із розчином олигомера (полімеру), тобто. приготування пігментної пасти; диспергування пігментної пасти; складання емалі; очищення та фасування емалі.
Приготування пігментної пасти зазвичай проводиться у спеціальних змішувачах, вибір конструкції яких залежить від апаратурного оформлення операції диспергування. Так, якщо диспергування ведуть на валкових фарботертувальних машинах, то для приготування пасти використовують змішувачі-з z-подібними або планетарними мішалками. У тому випадку, коли диспергування проводять у бісерних диспергаторах, пастиготують в швидкохідних змішувачах з дискозубчастими мішалками (дисольверах). У разі використання як диспергаторів кульових млинів для приготування пасти немає необхідності використовувати спеціальний змішувач: її готують безпосередньо в кульовому млині.
При приготуванні пігментних паст використовують повністю кількість-пігментів та наповнювачів, розрахована за рецептурою. Плівкоутворюючі речовини витрачаються лише частково.
Після диспергування до пігментної пасти додають кількість плівкоутворювача, що залишилася, і спеціальні добавки (сикативи, пластифікатори і т. п.). Ця операція по суті є процесом складання емалі. Потім емаль стандартизують (на виробництві це називають «постановкою на тип») за в'язкістю та кольором додаванням розчинників та пасту кольору.
Для того щоб лакофарбове покриття мало гарний зовнішній вигляд, емаль не повинна містити навіть одиничних пігментних агрегатів, а також сторонніх забруднень (пилу, волосків, волокон тощо). Попадання цих речовин у покриття призводить до зниження його захисних властивостей, тому емаль обов'язково піддається ретельному очищенню на фільтрах або центрифугах.
Незважаючи на те, що будь-який технологічний процес виробництва емалей включає одні й самі основні операції, вести його можна різними способами.
По одному з них диспергування розчину полімеру (лаку) піддається вся суміш пігментів, передбачена за рецептурою; при цьому виходить пігментна паста, що відповідає за кольором емалі, що готується (спосіб кольорових паст). За іншим способом кожен пігмент (або суміш пігментів одного кольору) окремо диспергують у лаку, в результаті чого отримують різнокольорові одіопігментні (або одноколірні) пасти, які змішують при складанніемалі (спосіб одіопігментних паст). По третьому способу спочатку також отримують однопігментні (або одноколірні) пасти, після чого їх розбавляють (лаком, розчинником) до в'язкості, близької до в'язкості готової емалі, і тільки після цього змішують у співвідношеннях, що залежать від кольору емалі, що готується. Розведені одіопігментні (одноколірні) пасти зазвичай називають однопігментними напівфабрикатними емалями. Цей спосіб використовують рідко, так як для його проведення потрібно багато допоміжного обладнання.
Останнім часом набув поширення ще один спосіб виробництва емалей - на основі білих базових емалей. За цим способом спочатку одержують одноколерію білу емаль (так звану «базову») і потім на її основі готують кольорові емалі додаванням до неї паст (концентрованих або розведених).
Виробництво емалей способами однопігментних паст і білих базових емалей забезпечують більш тонке кольорування готового продукту в порівнянні зі способом, в якому передбачено диспергування сумішей всіх пігментів в лаку. При застосуванні цих методів підвищуються продуктивність праці та коефіцієнт використання обладнання, а також полегшуються автоматизація процесу та перехід від випуску емалі одного кольору до іншого. Найбільше всі ці переваги виявляються при масовому виробництві емалей.
Вибір способу виробництва емалі у кожному даному випадку повинен проводитися з урахуванням масштабів виробництва, асортименту готової продукції та вимог до її якості.
Виробництво водоемульсійних фарб
Особливістю водоемульсійних фарб і те, що вони містять дуже багато добавок різного призначення. Наприклад, для підвищення морозостійкості в фарби додають антифризи,зниження піноутворення - піногасники. Крім того, в них вводять структуруючі та протикорозійні добавки, антисептики, пластифікатори, емульгатори, стабілізатори, диспергатори та ін.
Зазвичай виготовляють фарби білого кольору. Для отримання кольорових фарб до білих додають однопігментні кольорувальні пасти. За аналогією з виробництвом емалей такий спосіб одержання кольорових фарб можна назвати "спосібом білих базових фарб".
Технологічний процес виробництва водоемульсійних фарб включає наступні основні операції: - приготування водного напівфабрикату; одержання пігментної пасти на основі водного напівфабрикату; диспергування пігментної пасти; складання фарби та її стандартизація; очищення та фасування готової фарби.
Приготування водяного напівфабрикату проводять у змішувачах. Використовують демінералізовану (тобто звільнену від мінеральних солей) воду. У ній розчиняють емульгатори, стабілізатори, структуруючі добавки, піногасники, антиоксиданти та ін. Отриманий розчин використовують для диспергування пігментів та наповнювачів. Для цієї мети застосовують, як правило, кульові млини та бісерні диспергатори.