Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Литературный обзор

1.1 Водные дисперсии полимеров

Полимеры в воде могут существовать в виде раствора или дисперсии. Для растворения в воде макромолекулы полимера должны содержать ионные группы (карбоксильные, аммониевые) или значительное количество неионных гидрофильных групп либо сегментов (гидроксильные, карбонильные, аминнные, амидные группы и/или полиэфирные цепи). Если гидрофильность полимерной молекулы недостаточна для образования истинных растворов (гидрозолей), несколько полимерных макромолекул ассоциируются в крупные агрегаты и образуют вторичные коллоидные системы -- гидрогели. Еще более крупные агрегаты полимерных частиц образуют дисперсии (эмульсии). Дисперсия -- многофазная система, в которой по крайней мере одна фаза существует в виде микроскопических частиц (дисперсная фаза жидкая или твердая) внутри однородной фазы (дисперсионной среды -- жидкой или газообразной). Дисперсии, у которых и дисперсионная среда, и дисперсная фаза жидкие, называются эмульсиями. В водных дисперсиях полимеров дисперсная фаза состоит из сферических полимерных частиц диаметром менее 1 мкм, а дисперсионной средой является вода. Водные дисперсии полимеров представляют собой молочно-белые жидкости с различной вязкостью. В 1 мл дисперсии пол имера содержится около 1015 частиц, каждая из которых состоит из 1--10 ООО макромолекул, а каждая макромолекула включает около 108 блоков (мономерных единиц). Дисперсии полимеров термодинамически неустойчивы. Полимерные частицы имеют тенденцию к минимизации внутренней площади поверхности путем агломерации, коагуляции или оседания. Для предотвращения этих явлений используют разные стабилизаторы, но несмотря на это различные внешние воздействия (встряхивание, сильное перемешивание и т. п.) могут дестабилизировать дисперсии, что приводит к их коагуляции.

Благодаря своим свойсвтам водные дисперсии широко использутся:

· в производстве клеев, мастик для приклеивания практически любых материалов, используемых в строительстве (дерева, линолеума, стиропоровых плит, керамической плитки и пр.);

· в лакокрасочной промышленности (производство красок, лаков, шпатлевок, грунтовок, эмалей и т.д.). СА-Д в составе красок образуют пленки с отличным внешним видом, высокой твердостью и деформационно-прочностными свойствами при использовании минимального количества традиционных коалесцентов и других добавок;

· в производстве типографических красок и лаков, способствуя стойкости к истиранию, улучшению печатных свойств и качества покрытия;

· для пропитки нетканых материалов, придавая им водоотталкивающие свойства и т.д [1,2]

1.2 Виды водных дисперсий

Полимерные дисперсии делятся на первичные и вторичные. Первичные -- получают полимеризацией мономеров в жидкой фазе (эмульсионная полимеризация в воде), вторичные -- путем эмульгирования при перемешивании готового полимера, например раствора олигомер- ного пленкообразователя в жидкой среде. Наибольший интерес для лакокрасочной промышленности представляют первичные дисперсии, получаемые методом эмульсионной полимеризации. Наиболее распространенными пленкообразователями, используемыми в рецептурах JIKM, являются водные дисперсии акриловых сополимеров (чистые акрилаты), акрилстирольных сополимеров (стирола - крилаты), а также гомо - и сополимеров винилацетата (с этиленом, эти - ленвинилхлоридом, эфирами акриловой или метакриловой кислоты).

Другие водные дисперсии, например сополимеров стирола с бутадиеном и полиуретанов, практически не используют в рецептурах широко применяемых ВД-ЛКМ. Причиной этого являются низкая атмосферо - стойкостъ и сильное пожелтение покрытий на основе стиролбутадиеновиых сополимеров и высокая стоимость вторичных полиуретановых дисперсий. [3]

1.3 ПВА дисперсии

Поливинилацетат - аморфный, бесцветный термопластичный полимер без вкуса и запаха. Является полимером винилацетата, а точнее продуктом полимеризации винилового эфира уксусной кислоты - винилацетата:

Винилацетат представляет собой бесцветную легкоподвижную негорючую жидкость удельного веса 1,191, обладающую эфирным запахом, которая имеет температуру кипения 72,7°С, и напоминает воду, имея вязкость 0,4 мПа с при 20°С. Он немножко набухает в воде и неустойчив к действию кислот и щелочей.

Основные физические и химические свойства

- физические свойства:

1. Молекулярная масса от 10 000 до 1 500 000 ;

2. Температура размягчения 30-50 °С;

3. Плотность 1,19 г/см3;

4. Относительное удлинение 10-20%;

5. Теплопроводность 0,16 Вт/(м·К);

6. Температура стеклования 280C;

7. Теплостойкость по Вику 44-500C, по Мартенсу 30-320C;

8. Электрическая прочность 1 МВ/м;

9. Влагопроницаемость (2,5-5,8)· 10-14 кг/(м·с·Па);

10. Газопроницаемость по H2 56·10-15 м3/(м·с·Па).

Поливинилацетат обладает хладотекучестью, устойчив к старению в атмосферных условиях, высокой адгезией к различным поверхностям, хорошими оптическими свойствами, износостоек. Хорошо растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, метаноле, хуже - в этаноле. Не растворим в воде, алифатичных углеводородах, бензине, минеральных маслах, гликолях.

- химические свойства:

Химические свойства ПВА определяются наличием сложноэфирных групп и привитых цепей, соединенных с главной цепью сложноэфирными связями. ПВА омыляется водными растворами кислот или щелочей и подвергается алкоголизу под действием каталитических количеств кислот и алкоголятов щелочных металлов в безводных средах с образованием ПВС.

Покрытия из ПВА отличаются высокой светостойкостью. Хотя под действием УФ-облучения и происходит частичная деструкция полимера, однако она сопровождается рекомбинацией образующихся макрорадикалов и реакциями переноса цепи. В результате увеличивается ММ полимера и появляется нерастворимая фракция. Аналогичным образом действуют на ПВА малые дозы радиационного облучения. При высоких дозах происходит деструкция ПВА с выделением уксусной кислоты. Эффект сшивания или деструкции и критическая доза облучения зависят от природы растворителя и природы полимера. [4]

1.4 Латекс

(от нем. latex, англ. latex - млечный сок) водная дисперсия полимеров, чаще всего каучуковых.

Форма и размеры частиц латексов тесно связаны с закономерностями процесса эмульсионной полимеризации исходных мономеров. Частицы синтетических латексов зачастую имеют сферическую или близкую к ней форму.

Важный показатель качества латекса - соотношение количества натурального сырья (сока дерева гевея) и специальных добавок. В зависимости от этого материал относят к группам натуральных или синтетических латексов.

Натуральный латекс - это млечный сок каучуконосных растений, извлекаемый путём надреза (т.н. «подсечки») наружного слоя коры дерева. Перед переработкой в латекс вводят вулканизующие агенты, противостарители, регуляторы устойчивости и вязкости и др. ингредиенты в виде водных дисперсий и растворов. Основные методы переработки латекса в изделия - макание, ионное отложение, желатинирование, термосенсибилизация - включают в себя формирование каучукового геля в тонком слое или в объеме, сушку и вулканизацию. Из натурального латекса готовят тонкослойные «маканыe» (в т.ч. медицинские) и губчатые изделия, нити, клеи и др. Синтетический латекс - водная дисперсия синтетических каучуков, образующаяся в результате эмульсионной полимеризации. К синтетическим латексам относят также дисперсии пластиков, например поливинилхлорида, поливинилацетата. Искусственные латексы (искусственные дисперсии) - продукты, которые образуются при диспергировании «готовых» полимеров в воде. Как правило, такие латексы получают из каучуков, синтезируемых полимеризацией в растворе, например, бутилкаучука, изопреновых каучуков. Образующийся в процессе синтеза раствор каучука в углеводороде эмульгируют в воде, а затем углеводород отгоняют. На основе латекса изготовляют клеи и краски, не содержащие токсичных и пожароопасных растворителей. Латекс используют в текстильной промышленности (при изготовлении прошивных ковров, ворсовых тканей, искусственного меха с целью закрепления ворса и лучшего сохранения формы изделий из этих материалов; в качестве связующего при изготовлении нетканых материалов; для отделки натуральной и при получении искусственной кожи). Широкое применение латекс нашел в строительстве (изготовление настилов для полов, дорожных покрытий, герметиков, антикоррозионных покрытий). Латекс вводят в состав композиций, применяемых для защиты почвы от ветровой эрозии. [5]

Синтетический латекс

Синтетические латексы представляют собой коллоидные многокомпонентные системы, состоящие из полимера, стабилизатора (эмульгатора), электролитов и других компонентов. В состав латекса входят частицы каучука (дисперсная фаза) и сыворотка (дисперсионная среда). Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабилизованы поверхностно-активными веществами. В натуральных латексах стабилизаторами являются протеины, а в синтетических - поверхностно-активные вещества. Главной характеристикой всякой коллоидной многокомпонентной системы является степень дисперсности. Все синтетические латексы относятся к полидисперсным системам, размер частиц которых колеблется от сотых долей до нескольких микрометров. Синтетические латексы представляют собой более высокодисперсные системы, чем натуральный латекс. Частицы синтетических латексов меньше и более однородны по размерам, чем частицы натурального латекса (0,05 мкм в синтетических латексах, 0,15 - 14 мкм в натуральном). Благодаря высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравнению с натуральным латексом. К ним относятся: большая устойчивость синтетических латексов, лучшая диффузионная способность и т.д. Исследованиями последнего времени показано, что устойчивость концентрированных дисперсий, т. е. суспензий или эмульсий с высоким содержанием дисперсной фазы, к которым принадлежат синтетические латексы, обусловлена наличием на поверхности частиц каучука абсорбционных пленок стабилизатора (эмульгатора), являющихся упруго-пластично-вязкими структурированными образованиями. Частички всех синтетических латексов несут отрицательный заряд, потенциал которого обычно колеблется в пределах 40-90 мВ. Устранение заряда с частиц латекса введением электролитов вызывает их коагуляцию с образованием крупных флокул. Заряд частицы латексов удерживается благодаря абсорбированному на их поверхности стабилизатору (эмульгатору). В настоящее время разработана рецептура полимеризации, которая позволяет получать латексы с частицами заданной величины. От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством синтетических латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному расслаиванию, или сливкоотделению, по сравнению с натуральным латексом. Для концентрирования таких латексов применяют особые приемы. Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, является одним из наиболее важных свойств коллоидной системы.

Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, наличия электролита и др. С увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает, причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразования. Современные знания в области синтетических латексов еще не позволяют найти общую теоретическую формулу для зависимости изменения вязкости латексов с изменением их концентрации. Это связано с тем, что латекс является весьма сложной системой. Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчивостью, что обеспечивает возможность практического их применения. Латекс может коагулироваться при механических и температурных воздействиях, при разведении, при введении в него электролитов, инертных наполнителей и т. д. Устойчивость латексов к механическим воздействиям представляет интерес не только для характеристики коллоидного состояния системы, но является весьма важным технологическим показателем.

Если в синтетическом латексе содержание эмульгатора повышено, то полученные из него пленки высыхают медленнее, чем из натурального латекса, и характеризуются большим водопоглощением. Установлено, что свойства дисперсной фазы синтетических латексов почти не влияют на свойства латексов. Это объясняется тем, что у каждой частицы каучука имеется достаточно плотный адсорбционный слой. Влияние дисперсной фазы сказывается лишь при очень глубоких изменениях, которые ведут к разрушению латекса. К таким изменениям относятся коагуляция, высыхание при пленкообразовании и др. Только в этом случае свойства коагулянта и физико-химическая характеристика полученных пленок определяются природой полимера, который содержится в латексе. На свойства синтетических латексов большое влияние оказывают состав и свойства дисперсионной среды, главным образом природа эмульгатора или стабилизатора и чистота исходных мономеров. В производстве латекса используется более широкий ассортимент эмульгаторов, чем для каучуков эмульсионной полимеризации. В большинстве случаев применяются анионоактивные эмульгаторы - соли жирных кислот, абиетиновой кислоты, сульфокислот и др. [5]

1.5 Поверхностно активные вещества в водно - дисперсионнхы системах

ПАВ - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность -- способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз -- это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования, или ККМ), с достижением которого при дальнейшем добавлении ПАВ в раствор его концентрация на границе раздела фаз остаётся постоянной, но при этом происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ при этом также приобретают голубоватый (студенистый) оттенок за счёт преломления света мицеллами

Строение ПАВ

Как правило, ПАВ -- органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот -- олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

Стабилизация водной дисперсии при помощи ПАВ

Дисперсные системы обладают избытком энергии, обусловенной наличием развитой межфазной границы. Если этот избыток не компенсируется лиофильностью, то устойчивость коллоидного раствора носит кинетический характер, т.е. связана с сущесвованием поетнциального барьера, препядствуеющего необратимому слипанию дисперсных частиц при столкновениях в процессе броуновского движения. С это целью вводят ПАВ для уменьшения внетренней энергии. Предварительная адсорбция на ПАВ на межфазной границе полимер - вода отвечает критической концентрации мециллообразования данного ПАВ в водной фазе. Защитное действие ПАВ представвляют следующим образом. При сближении частиц в процессе броуновского движения возникает расклинивающее давление за счет элетростатического отталкивания одновременно заряженных поверхностей или гидратационных эффектов. Если частицы преодолевают расклинивающее давление и продолжают сближаться, то ПАВ десорбируются, мигрируют из жидкой прослойки и происходит образование межчастичного контакта - элекментарный акт коагуляции. Так же содержание ПАВ препядсвует замерзанию водо - дисперсных систем. [6]

1.6 Способы получения водно дисперсных систем

ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕСС (гелевая технология), технология получения материалов с определенными хим. и физ.-мех. свойствами, включающая получение золя и послед. перевод его в гель. Золь-гель процесс используют при производстве неорганических сорбентов, катализаторов и носителей катализаторов, синтетических цеолитов, вяжущих неорганическими веществами, керамики со спец. теплофизическими, оптическими, магнитными и электрическими свойствами, стекла, стеклокерамики, волокон, керамического ядерного топлива и др. На первой стадии золь-гель процесса формируется хим. состав продукта, который получают в виде высокодисперсного коллоидного раствора - золя. Размер частиц дисперсной фазы в стабильном золе 10-9-10-6 м. Увеличение концентрации дисперсной фазы приводит к появлению коагуляции контактов между частицами и началу структурирования - гелеобразования (вторая стадия золь-гель процесса). Коагуляции структуры характеризуются низкой прочностью, определяемой ван-дер-ваальсовыми силами, при этом взаимодействия частиц осуществляется через равновесную по толщине прослойку дисперсионной среды. Такие структуры характеризуются полным самопроизвольным восстановлением после мех. разрушения. Дальнейшее повышение объемной концентрации и поверхностей дисперсной фазы приводит к постепенному исчезновению способности к тиксотропному восстановлению, а по мере снижения содержания дисперсионной среды теряются также эластичные и пластичные свойства. При фиксации частиц в структуре, соответствующей ближней коагуляции, прочность коагуляции контактов возрастает до 10-9-10-8 Н, а расстояние между частицами снижается до 10-9 м. На этой стадии могут возникнуть и атомные (точечные) контакты, характеризующиеся прочностью 10-8-10-6 Н/контакт. На практике чаще встречаются коагуляции структуры обоих типов. Для повышения стабильности структур, регулирования реологических свойств и управления процессами структурообразования воздействуют на прочность контактов путем модификации поверхности частиц добавками ПАВ или путем создания в растворе пространственной структуры высокомолекулярного органического полимера. [7]

1.7 Компоненты, входящие в состав водно дисперсных красок

Наполнители -- белые или слегка окрашенные порошки дешевых природных минералов (тяжелый шпат, тальк, гипс, каолин, мел и др.), обладающие по сравнению с пигментами малой укрывистостью, но имеющие очень хорошую свето- и атмосферостойкость, благодаря чему они вводятся в лакокрасочные материалы для улучшения свето- и атмосферостойкости пленок, а также для удешевления лакокрасочных материалов. Такие наполнители, как асбест, графит, цемент, древесная мука, металлические опилки, порошки и т. п., используются как армирующие составы для приготовления эпоксидных клеев. Наполнители придают клею определенный цвет, снижают усадку, улучшают теплопроводность, повышают прочность, а также способствуют превращению жидкой эпоксидной смолы в необратимое твердое вещество. [5]

Пластификаторы (мягчители) -- малолетучие растворители (органические или синтетические) или невысыхающие растительные масла и синтетические смолы (глифталевые, пентафталевые), вводимые в лакокрасочные материалы для придания их пленкам эластичности. Пластификаторы в процессе образования пленки не улетучиваются и как бы «смазывают» макромолекулы, уменьшая силы их сцепления. [3]

Пеногасители -- это жидкости с низким поверхностным натяжением, которые могут разрушать поверхностную пленку или стабилизирующий двойной слой, позволяя воздуху выходить из массы краски. Пеногаси-тель должен легко вводиться в жидкий слой и дестабилизировать пленку ПАВ. Распространяясь внутри этого слоя, он как жесткий монослой разрушает пузырек пены (рис.1). 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 Бенар-да). При добавлении очень мелких гидрофобных частиц, например силикагеля или воска, в жидкий пеногаситель можно повысить его активность благодаря высокому сродству ПАВ к добавляемым частицам. [8]

Рис 1

Консерванты -- вещества, затрудняющие жизнедеятельность микроорганизмов и некоторых других видов живых существ в пищевых продуктах. Также этот термин используется в отношении веществ, замедляющих химическое окисление органических веществ кислородом воздуха. Большенство лакокрасочных материалов способсвует развитию плесени, вызывающей появление харакетрных черных пятен. Добавление боицидов в краски можно защищать покрытия от развития плесени, но от них нельзя ожиать слишком много, если поверхность постоянно обрабатывается питательными веществами. Биоциды применяемые в изготовлении краски должны хорошо растворятся в воде. [9]

Диоксид титана

Диоксид титана используется, главным образом, как пигмент и классифицируется в данной товарной позиции только в том случае, если его ни с чем не смешивают и не подвергают поверхностной обработке. Вследствие очень высокой белизны тонкодисперсного диоксида титана он нашел широкое применение в качестве белого пигмента в лакокрасочной промышленности. Это основной белый пигмент, позволяющий не только получать покрытия разнообразной цветовой гаммы, но и значительно улучшать их свойства. В числе его преимуществ: нетоксичность, высокие оптические характеристики (способность к рассеиванию света), доступность, химическая инертность, атмосферостойкость и др. Чем больше диоксида титана в краске, тем она белее, тем выше ее укрывистость, но и цена становится выше по сравнению с краской, где больше мела или мраморного кальцита и меньше диоксида титана. [10]

Диспергатор

Диспергатор - поверхностно-активные химические соединения, используемые для проведения высокоэффективного измельчения пигментов и наполнителей при производстве наполненных пигментированных лакокрасочных материалов: красок, грунтовок и эмалей.

Диспергаторы снижают поверхностную энергию измельчаемых частиц, что позволяет проводить измельчение при меньших энергетических затратах, и препятствуют протеканию обратного процесса - агрегации, слипанию частиц. К диспергаторам также относят поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые стабилизируют коллоидные системы и препятствуют осаждению пигментов и наполнителей, расслоению. [8]

Коалесценты

(от лат. coalesce - срастаюсь, соединяюсь) функциональная добавка в водно-дисперсионных красках и лаках, способствующая пленкообразованию. Коалесценты предназначены для понижения минимальной температуры пленкообразования, облегчения процесса коалесценции (слипания или слияния капель пленкообразующего). В отличие от истинных пластификаторов, эти растворители не остаются в пленке, т.к. их остатки отрицательно сказываются на эксплуатационных свойствах лакокрасочных покрытий. Коалесценты испаряются с различной скоростью в зависимости от температуры окружающей среды, влажности, температуры кипения и остаточного давления паров. Важную роль в процессе пленкообразования играет совместимость коалесцентов с частицами дисперсии и их растворяющая способность. Гидрофобные коалесценты, например уайт-спирит и Тексанол, хорошо совмещаются с полимерами, поэтому размягчают и пластифицируют их в большей степени, чем гидрофильные растворители, изначально присутствующие в водной фазе. Гидрофильные растворители, такие как этилен- или пропиленгликоль, не оказывают пластифицирующего действия, но замедляют процесс испарения воды, что приводит к снижению скорости пленкообразования. Поэтому их также иногда используют для улучшения пленкообразующих свойств. Кроме того, они придают краскам морозостойкость, т.к. снижают температуру их замерзания. Другими важными свойствами коалесцентов являются их стойкость к омылению, летучесть и запах, а также их влияние на абразивную стойкость пленок, вязкость, смачивание поверхности и скорость высыхания. [11]



2. Характеристика и контроль качества сырья и готовой продукции

№	Наименование, химическая формула	ГОСТ или ТУ	Регламентируемые показатели по ГОСТ или ТУ	Допустимые значения показателя	Метод контроля
1	Дистиллиро-ванная вода, Н2О	ГОСТ 6709-72	Массовая концентрация остатка после выпаривания, мг/дм3, не более	5	Весовой
			Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH3), мг/дм3, не более	0,02	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация нитратов (NО3), мг/дм3, не более	0,2	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация сульфатов (SО4), мг/дм3, не более	0,5	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм3, не более	0,02	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм3, не более	0,05	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация железа (Fе), мг/дм3, не более	0,05	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация кальция (Са), мг/дм3, не более	0,8	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм3, не более	0,02	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация свинца (Рb), мг/дм3, не более	0,05	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм3, не более	0,2	Титрометри-ческий
			Массовая концентрация веществ,восстанавли-вающих KМnO4(O), мг/дм3, не более	0,08	Титрометри-ческий
			рН воды	5,4-6,6	С помощью pH-метра
2	Акронал-290Д	По паспорту поставщика	Содержание твердого вещества, %	50 ± 1	ISO 1625, DIN 53189
			Вязкость при 23°С, скорость сдвига 100 с-1, мПа	700 - 1500	ISO 3219, DIN 53019
			рН	7,5 - 9,0	ISO 1148, DIN 53785
			Плотность , г/см3	ок. 1,04	ISO 8962, DIN 53217
			Средний размер частиц, mм	ок. 0,1	Отсутствует
			Минимальная температура пленкообразования , °С	ок. 20	ISO 2115, DIN 53787
			Тип дисперсии	Анионная	Отсутствует
			Пластификатор	Отсутствует	Отсутствует
			Разбавляемость водой	хорошая	Отсутствует
			Способность к связыванию пигментов	Очень высокая	Отсутствует
3	Дисперга-тор Dispex Ultra FA4430	По паспорту поставщика	содержание воды	69-71%	DIN 51777
			рН 15%-го водного раствора	5,0-8,0	DIN 19268
			платиново-кобальтовый цвет 23°С	максимум 100	DIN ISO 6271, DIN 53 995
			плотность при 23°С	около 1,03 г/см3	ISO 8962, DIN 53217
			кажущаяся вязкость при 23°С	около 200 мПа*с	по Брукфильду LVT, 60 об/мин
			температура замерзания	около -3°С	Отсутствует
4	Коалесценты, Loxanol CA 5308	По паспорту поставщика	Плотность, г/см3	0,955 - 0.960	DIN 51757
			Показатель преломления п20 D макc.	1,428-1.431	JIS K6751
			Кислотное число, мг КОН/г	0,3	DIN EN ISO 3682
			Вязкость при 20°С, мПа-сек	4-8	DIN EN ISO 3219
			Число испарения (простой эфир =1)	> 3000	Отсутствует
			Температура воспламенения, °С	138	DIN 51758
5	Пеногаситель, FoamStar SI 2299	По паспорту поставщика	Плотность при 25°С, г/см3	1 г/см3	ISO 758:1976
			Вязкость при 20°С	20 мПа*с	ISO 3219
			Температура вспышки	63°С	DIN 51755
6	Триполифосфат натрия, Na5P3O10,	ГОСТ 13493-86	Внешний вид	Рассыпающийся порошок белого цвета	визуальный
			Массовая доля общей пятиокиси фосфора (Р2О5), %, не менее	57,0	Титрометри-ческий
			Массовая доля триполифосфата натрия (Na5Р2O10), %, не менее	94	Титрометри-ческий
			Массовая доля первой формы триполифосфата натрия, %, не более	10	Титрометри-ческий
			Массовая доля железа (Fe), %, не более	0.01	Титрометри-ческий
			Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более	0,10	Титрометри-ческий
			рН 1%-ного водного раствора	9,7±0,3	С помощью рН-метра
			Массовая доля тяжелых металлов, осаждаемых сероводородом (Рb), %, не более	Не нормируется	Титрометри-ческий
			Массовая доля мышьяка (As), %, не более	Не нормируется	Титрометри-ческий
			Гранулометрический состав, %	97
7	Консервант, Mergal V684K	По паспорту поставщика	Внешний вид	Прозрачная жел-товатая жидкость	Визуально
			Запах	слабый характерный	Отсутствует
			Плотность при 20°С	1,05 г/мл	ISO 758:1976
			рН	3-6	DIN 19268
			Точка кипения	100°С	Отсутствует
			Растворимость	смешивается с водой в любом соотношении	Отсутствует
8	Диоксид титана, DuPont R-706	По паспорту поставщика	Массовая доля TiO2,%	93,7
			Глинозем, массовая доля (Al2O3), %	2,5
			Кремнезем, массовая доля(SiO2), %	3,0
			Средний размер частицы	0,27	Седиграф
			Маслянное число на 100г пигмента	13,0	ISO 787/5
			pH	8,0	ISO 787/5
9	Наполнитель, Nordkalk FC2	По паспорту поставщика	Остаток на сите 45µ, %	< 0,1	ISO 787/7
			Верхняя граница (d98), %	14	Седиграф
			Средний размер частиц (d98), µ	2,5	Седиграф
			Белизна (Ry, С/2°), %	96	DIN 53163
			Влажность, %	< 0,2	ISO 787/2
			Насыпная плотность г/см	0,9	ISO 787/11
			pH	9,5	ISO 787/5
			Маслоемкость, г/100 г	23	ISO 787/5
10	Пластификатор ДОФ	По паспорту поставщика	Цветность	20	JIS K6751
			Кислотное число, мг KOH/г	0.02	JIS K6751
			Кислотное число после прогрева, после 3 ч испытания при 125°С, мг KOH/г	0.07	JIS K6751
			Число омыления	287±2	JIS K6751
			Индекс преломления, nD20, 25?	1.485±0.003	JIS K6751
			Массовая доля летучих веществ, после 3 ч испытания	0.07	JIS K6751
			Молекулярный вес	391
			Вязкость, сПз	54 (25?)
			Точка кипения, ?	386
			Точка замерзания, ?	-55
			Температура вспышки, ?	206

2.1 Выбор и обоснование способа производства

Производство водно - дисперсионной акриловой краски происходит по нескольким технологическим процессам технологическому процессу. Он состоит в использовании мерников, диссольверов и бисерных мешалок. Режим работы периодический. Основные достоинства данного метода заключаются в простоте, дешевизне и экологичности производства. При периодическом процессе все стадии осуществляются последовательно в нескольких аппаратах, что является основным механизмом смешения для получения краски. Очень важный параметр - эргономика производства. В данном случае получение водно - дисперсиионых красок не требует огромных помещений, потому как для производства 2 тысяч тон краски в год хватает одного диссольвера и одной бисерной мешалки.



3. Описание технологического процесса и схемы

Техническая вода из хранилища 1 подается в дежу диссольвера 6 по трубопроводу в течении 5 минут. После подачи воды включают фрезу со скорость 300 об/мин и ведут загрузку сырья последовательно при перемешивании в течении 1 минуты. В диссольвер подаются вручную заранее приготовленные навески триполифосфат натрия, диспергатора и пеногасителя. Перемешивание в течении 1 минуты. Далее приступают к загрузке сыпучих компонентов, а именно: двуокись титана, наполнителя и коалесцента. После чего проводят диспергирование массы в течении 30 минут при включенной фрезе и скорости вращения фрезы 1150 об/мин. По достижению необходимой однородной пасты в диссольвер подается навеска пеногасителя самотеком из мерника 3, после чего приступают к подаче акриловой дисперсии в течении 10 минут. После идет перемешивание до полного растворения со скоростью 700 об/мин в течении 20 минут. Загрузка дисперсии осуществляется по индивидуальному трубопроводу насосом из мерника 2. Затем приступают к подаче пластификатора в течении 5 минут. Подача также осуществляется по индивидуальному трубопроводу самотеком из мерника 5. Затем подаются вручную заранее приготовленные навеску консерванта. Перемешивание 10 минут со скоростью 700 об/мин. Затем происходит контроль качества в течении 15 минут. Если есть не соответствия, происходит корректировка и после перемешивание в течении 10 минут со скоростью 700 об/мин. После этого готовую смесь отправляют насосом в бисерную мельницу 7, далее в смеситель эмали 8 откуда готовый продукт отправляется на фасовку в тару и транспортировку на склад.

Контроль производства

№	Наименование стадий процесса	Что кон-тролируется	Нормы и тех-нологические опоказаетли	Методы контроля	Частота и способы контрля	Кто контро-лирует
1	Контроль качества пробы	Водородный показатель pH	pH норма 8,5-9,5	рН-метрмили-вольтметра	Каждая операция	Химик-технолог
		Вязкость краски	Вязкость по Брукфилду шп 96, 10 об/мин (норма 15000-22000 сПэ)	Вискозиметр Брукфилда	Каждая операция	Химик-технолог
		Плотность краски	Норма 0.9974	Металлический пикнометр	Каждая операция	Химик-технолог

Материальный расчет

Блок схема

Готовый продукт

Определение годового эффективного фонда рабочего времени производства Тэф



Тэф = 365,25 - (Р + П + В) = 365,25 - 45 = 320,25 сут/год

Определение суточной (часовой, секундной) производительности цеха

Пс

Материальный расчет начинаем со стадии смешения и разлива. На этой стадии безвозвратные потери составляют 0,8%. Выход продукции составит:

100 - 0,8 = 99,2 или 0,992

Для получения 6245,12 кг/сут готовой смеси необходимо подать на стадию разлива:

6245,12 : 0,992 = 6295,48 кг/сут

Невозвратные потери на этой стадии равны:

6295,48- 6245,12 = 50,36 кг/сут

Рассчитываем стадию пропускания краски через бисерную мельницу. На этой стадии безвозвратные потери составляют 0,9%. Выход продукции составит:

100 - 0,9 = 99,1 или 0,991

Для получения 6295,48 кг/сут готовой смеси необходимо подать на эту стадию:



6295,48 : 0,991 = 6352,65 кг/сут

Невозвратные потери на этой стадии равны:

6352,65 - 6295,48 = 57,17 кг/сут

Рассчитываем стадию смешения. На этой стадии безвозвратные потери составляют 1,2%. Выход продукции составит:

100 - 1,2 = 98,8 или 0,988

Для получения 6352,65 кг/сут готовой смеси необходимо подать на стадию смешения:

6352,65: 0,988 = 6429,81 кг/сут

Невозвратные потери на этой стадии равны:

6429,81 - 6352,65= 77,16 кг/сут

Количества компонентов смеси, поступающих на стадию смешения, рассчитываются согласно рецептуре загрузки:

Количество воды

(6429,81 *19) / 100 = 1221,66 кг/сут

Количество акронала-290Д

(6429,81 *40) / 100 = 2571,92 кг/сут



Количество диспергатора Dispex Ultra FA4430

(6429,81 *0,5) / 100 = 32,15 кг/сут

Количество коалесцента, Loxanol CA 5308

(6429,81 *5) / 100 = 321,49 кг/сут

Количество пеногасителя, FoamStar SI 2299

(6429,81 *0,4) / 100 = 25,72 кг/сут

Количество триполифосфат натрия

(6429,81 *1) / 100 = 64,30 кг/сут

Количество консерванта, Mergal V684K

(6429,81 *0,7) / 100 = 45,01 кг/сут

Количество диоксид титана, DuPont R-706

(6429,81 *12) / 100 = 771,58 кг/сут

Количество наполнителя, Nordkalk FC2

(6429,81 *21) / 100 = 1350,26 кг/сут

Количество пластификатора ДОФ



(6429,81 *0,4) / 100 = 25,75 кг/сут

Суммарная масса компонентов, поступающих на стадию смешения, составит: водный дисперсия поливинилацетат бисерный

1221,66 + 2571,92 + 32,15 + 321,49 + 25,72 + 64,30 + 45,01 + 771,58 +1350,26 + 25,75 = 6429,81 кг/сут.

Произведем расчет стадии подготовки и развески сырья.

Потери воды на этой стадии 0,05%, то есть выход составляет:

100 - 0,05 = 99,95% или 0,9995

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

1221,66 : 0,9995 = 1222,28 кг/сут

При этом потеряется вода в количестве

1211,27 - 1210,67 = 0,61 кг/сут

Потери акронала-290Д на этой стадии 0,52%, то есть выход составляет:

100 - 0,52 = 99,48 или 0,9948

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:



2571,92 : 0,9966 = 2585,37 кг/сут

При этом потеряется акронала-290Д в количестве

2585,37 - 2571,92 = 13,44 кг/сут

Потери диспергатора Dispex Ultra FA4430 на этой стадии 0,25%, то есть выход составляет:

100 - 0,25 = 99,75 или 0,9975

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

32,15 : 0,9975 = 32,23 кг/сут

При этом потеряется диспергатора Dispex Ultra FA4430 в количестве

32,23 - 32,15 = 0,08 кг/сут

Потери коалесцента, Loxanol CA 5308 на этой стадии 0,32%, то есть выход составляет:

100 - 0,32 = 99,68 или 0,9968

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

321,49 : 0,9968 = 322,52 кг/сут



При этом потеряется коалесцента, Loxanol CA 5308 в количестве

322,52 - 321,49 = 1,03 кг/сут

Потери пеногасителя, FoamStar SI 2299 на этой стадии 0,37%, то есть выход составляет:

100 - 0,37 = 99,63 или 0,9963

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

25,72 : 0,9963 = 25,81 кг/сут

При этом потеряется пеногасителя, FoamStar SI 2299 в количестве

25,81 - 25,72 = 0,10 кг/сут

Потери триполифосфат натрия на этой стадии 0,41%, то есть выход составляет:

100 - 0,41 = 99,59 или 0,9959

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

64,30 : 0,9959 = 64,56 кг/сут

При этом потеряется триполифосфат натрия в количестве



63,98 - 63,72 = 0,26 кг/сут

Потери консерванта, Mergal V684K на этой стадии 0,38%, то есть выход составляет:

100 - 0,38 = 99,62 или 0,9962

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

45,01 : 0,9962 = 45,18 кг/сут

При этом потеряется консерванта, Mergal V684K в количестве

45,18 - 45,01 = 0,17 кг/сут

Потери диоксид титана, DuPont R-706 на этой стадии 0,29%, то есть выход составляет:

100 - 0,29 = 99,71 или 0,9971

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

771,58 : 0,9971 = 773,82 кг/сут

При этом потеряется диоксид титана, DuPont R-706 в количестве

773,82 - 771,58 = 2,24 кг/сут



Потери наполнителя, Nordkalk FC2 на этой стадии 0,34%, то есть выход составляет:

100 - 0,34 = 99,66 или 0,9966

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

1350,26 : 0,9966 = 1354,87 кг/сут

При этом потеряется наполнителя, Nordkalk FC2 в количестве

1354,87 - 1350,26 = 4,61 кг/сут

Потери пластификатора ДОФ на этой стадии 0,37%, то есть выход составляет:

100 - 0,37 = 99,63 или 0,9963

Следовательно, на подготовку и развеску этого компонента необходимо подать:

25,72 : 0,9963 = 25,81 кг/сут

При этом потеряется пластификатора ДОФ в количестве

25,81 - 25,72 = 0,10 кг/сут



Суммарная масса компонентов, поступающих на стадию подготовки и развески, составит:

1222,28 + 2585,37 + 32,23 + 322,52 + 25,81 + 64,56 + 45,18 + 773,82 + 1354,87 + 25,81 = 6452,46 кг/сут

Суммарная масса потерь компонентов на этой стадии составит:

0,61 + 13,44 + 0,08 + 1,03 + 0,10 + 0,26 + 0,17 + 2,24 + 4,61 + 0,10 = 22,65 кг/сут

Сводная таблица материального расчета производства (материальный баланс производства)

Наименова-ние стадий процесса	Приход	Потери	Расход
	Наименование компонентов	кг/сут	%	кг/сут	Наименование компонентов	кг/сут
1	2	3	4	5	6	7
1. Поготовка сырья и компонентов	Вода Акролан 290 Д Диспергатор Коалесцент Пеногаситель Триполифосфат натрия Консервант Двуокис титана Наполнитель Пластификатор	1211,28 2585,37 32,23 322,52 25,81 64,56 45,18 773,82 1354,87 25,81	0,05 0,52 0,25 0,32 0,37 0,41 0,38 0,29 0,34 0,37	0,61 13,44 0,08 1,03 0,10 0,26 0,17 2,24 4,61 0,10	Вода Акролан 290 Д Диспергатор Коалесцент Пеногаситель Триполифосфат натрия Консервант Двуокис титана Наполнитель Пластификатор	1221,66 2571,92 32,15 321,49 25,72 64,30 45,01 771,58 1350,26 25,72
Итого		6346,23		22,44		6429,81
2. Смешение	Вода Акролан 290 Д Диспергатор Коалесцент Пеногаситель Триполифосфат натрия Консервант Двуокис титана Наполнитель Пластификатор	1221,66 2571,92 32,15 321,49 25,72 64,30 45,01 771,58 1350,26 25,75	1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2		Полимерная смесь	6352,65
Итого		6429,81		76,46		6352,65
3. Пропускание краски через бисерную мельницу	Полимерная смесь	6352,65	0,9	57,17	Полимерная смесь	6295,48
Итого		6352,65		57,17		6295,48
4. Смешение и разлив продукции	Полимерная смесь	6295,48	0,8	50,36	Полимерная смесь	6245,12
Итого		6295,48		50,36		6245,12

Расчет расходных коэффициентов сырья

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 1222,28 кг воды, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(1222,28*1000) / 6245,12 = 195,72 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

195,72 * 2000 = 391433,64 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 2585,37 кг акролана 290 Д, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:



(2585,37*1000) / 6245,12 = 413,98 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

413,98 * 2000 = 827964,21 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 32,23 кг диспергатора, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(32,23*1000) / 6245,12 = 5,16 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

5,16 * 2000 = 10321,54 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 322,52 кг коалесцента, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(322,52*1000) / 6245,12 = 51,64 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

51,64 * 2000 = 103287,87 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 25,81 кг пеногасителя, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(25,81*1000) / 6245,12 = 4,13 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

4,13 * 2000 = 8267,18 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 64,56 кг триполифосфата натрия, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(64,56*1000) / 6245,12 = 10,34 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

10,34 * 2000 = 20676,24 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 45,18 кг консерванта, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(45,18*1000) / 6245,12 = 7,23 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:



7,23 * 2000 = 14469,01 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 773,82 кг двуокиси титана, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(773,82*1000) / 6245,12 = 123,91 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

123,91 * 2000 = 247816,31 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 1354,87 кг наполнителя, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(1354,87*1000) / 6245,12 = 216,95 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

216,95 * 2000 = 433896 кг

Для выпуска 6245,12 кг продукции, необходимо 25,81 кг пластификатора, следовательно, для производства 1000 кг продукта требуется этого компонента:

(25,81*1000) / 6245,12 = 4,13 кг

Для производства 2000 т краски (годовой выпуск) необходимое количество воды составит:

4,13 * 2000 = 8267,18 кг

Расходные коэффициенты сырья

Наименование сырья	Расход
	кг/т продукции	кг/сут	кг/год
Вода	195,72	1222,28	391433,64
Акролан 290-Д	413,98	2585,37	827964,21
Диспергатор	5,16	32,23	10321,54
Коалесцент	51,64	322,52	103287,87
Пеногаситель	4,13	25,81	8267,18
Триполифосфат натрия	10,34	64,56	20676,24
Консервант	7,23	45,18	14469,01
Двуокись титана	123,91	773,82	247816,31
Наполнитель	216,95	1354,87	433896,11
Пластификатор	4,13	25,81	8267,18
Итого	1033,20	6429,81	2066399,28

3.1 Технологические расчеты

На основании материальных расчетов в соответствии с принятой мощностью производства, режимом его работы, производительностью и временем работы оборудования производим выбор и расчет количества основного и вспомогательного оборудования

Выбор хранилищ и коэффициентов запаса для химии

Определим объем хранилищ на 5 суток для воды, акролана 290 Д, коалесцента, двуокиси титана и наполнителя. Хранилища не рассчитываются для остальных компонентов (диспергатор, пеногаситель, триполифосфат натрия, консервант, пластификатор), поскольку их расход невелик.

Объем хранилища для воды, рассчитываемого по формуле:



,

где, m - масса воды, которая расходуется в производстве за сутки;

с - плотность воды, кг/м3;

n - количество хранилищ;

- коэффициент заполнения хранилища.

,

Из ряда номинальных объемов аппаратов по ГОСТ 13372-78 выбираем хранилище с объемом 8 м3.

Объем хранилища для акролана 290 Д:

,

Из ряда номинальных объемов аппаратов по ГОСТ 13372-78 выбираем хранилище с объемом 16 м3.

Объем хранилища для коалесцента:

,

Из ряда номинальных объемов аппаратов по ГОСТ 13372-78 выбираем хранилище с объемом 2 м3.

Объем <...