Обобщенный критерий экологической и пожарной безопасности сольвентов для лаков и красок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Обобщенный критерий экологической и пожарной безопасности сольвентов для лаков и красок

Рудаков О.Б., д-р хим. наук, профессор,

Беляев Д.С., Хорохордина Е.А., Никулина Т.Д.

Разработан обобщенный критерий экологической и пожарной безопасности индивидуальных и смешанных органических растворителей, включающий в себя пять параметров - температуру кипения, давление пара над растворителем, температуру вспышки, температуру самовоспламенения и предельно допустимую концентрацию в воздухе рабочей зоны.

С помощью обобщенного критерия проведен рейтинг 120 сольвентов, применяемых в бытовой химии, производстве лаков и красок в качестве разбавителей и разжижителей.

За редким исключением это легковоспламеняющиеся и токсичные жидкости.

С повышенной пожарной опасностью и химической вредностью сольвентов производители разных материалов вынуждены мириться из-за хорошей растворимости в них органических компонентов стройматериалов.

Природа не создала универсального растворителя, который сочетал бы в себе безвредность и хорошие технико-эксплуатационные свойства, поэтому для решения тех или иных технологических задач часто подбирают не индивидуальные, а многокомпонентные (2-6 компонентов) сольвенты.

Актуальность проблемы экологической и пожарной безопасности в строительной отрасли высока, однако простые и удобные критерии оценки совокупности вредных факторов для сольвентов не разработаны.

Для разработки обобщенного критерия выбрали наиболее важные параметры сольвентов: температура кипения Ткип, предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны, температура вспышки ТВСП, температура самовоспламенения ТСВП и давление пара над растворителем PПАР. Чем ниже значения соответствующих температур и ПДК, а также выше давление пара, тем более опасен сольвент с точки зрения техники безопасности.

Сопоставлять одновременно несколько параметров и оценивать преимущества или недостатки разных сольвентов сложно даже на качественном уровне. Обобщенный критерий позволяет при выборе сольвентов количественно сравнивать совокупность указанных параметров, проводить рейтинг их технико-эксплуатационных свойств.

Для изучения выбрали 91 индивидуальный и 29 смешанных растворителей, наиболее широко применяемых в отечественном производстве. Данные о свойствах индивидуальных растворителей взяли из работы [1].

Менее доступна информация о физико-химических свойствах многокомпонентных сольвентов.

Известно, что они изменяются неаддитивно в зависимости от состава. Зависимости могут быть с положительными и отрицательными отклонениями, с экстремумами, s-образной формы [1]. Вместе с тем, при отсутствии химических реакций и сильных межмолекулярных взаимодействий между компонентами смешанного сольвента эти отклонения, как правило, не превышают нескольких процентов. А смешанные сольвенты компонуются как раз из слабо взаимодействующих неполярных, мало- и среднеполярных органических растворителей. Поэтому в расчетах параметров двух- и многокомпонентных сольвентов приняли допущение, что в первом приближении они изменяются аддитивно в зависимости от массовой или мольной доли компонентов. Например, давление пара рассчитывали по закону Дальтона, согласно которому общее давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений компонентов.

В табл. 1 приведен состав промышленных смешанных сольвентов, а в табл. 2 даны экологические и пожароопасные свойства индивидуальных растворителей, используемых в качестве компонентов смешанных сольвентов.

экологический пожарный безопасность сольвент

Таблица 1

Химический состав промышленных многокомпонентных сольвентов

Расчет обобщенного критерия выполняли по формуле

, (1)

где Rchb - значение критерия для s-го сольвента; аi - коэффициент веса для i-го показателя; xis - величина i-го показателя для s-го варианта сольвента; xiw - нормирующее значение для i-го показателя безопасности (свойства гипотетического растворителя, имеющего оптимальное значение i-го показателя); m - количество показателей.

Таблица 2

Свойства индивидуальных растворителей, входящих в состав смешанных сольвентов

В качестве нормирующего значения для i-го параметра xiw в уравнении (1) на основе экспертного заключения взяли технологически оптимальные значения, характерные для некоторых растворителей из анализируемой выборки. Поскольку в многопараметрической оптимизации одни критерии максимизируются, другие, наоборот, минимизируются, перед частными максимизируемыми критериями в ур. (1) ставится знак плюс, а перед минимизируемыми критериями - минус. В нашем случае минимизируется только давление пара над растворителем.

Важным элементом при такой оптимизации является назначение коэффициентов веса каждого оптимизируемого параметра. Для этого использовали метод оценки важности параметров в баллах [2].

Таблица 3

Значения граничных условий, нормы и весовых коэффициентов

Выяснилось, что при подборе наилучшего ассортимента технологических растворителей значение имеют даже не величина обобщенного критерия, а граничные условия. Если в базе данных по пожароопасным и химическим свойствам растворителей провести отсев по граничным условиям, приведенным в табл. 2, из 120 сольвентов останется только 28. Если учесть приемлемую стоимость, количество растворителей сократится до 20. Учет растворимости необходимых материалов, химической инертности сольвентов уменьшит список рекомендуемых сольвентов до 10-15. Оказалось, что отличные эксплуатационные свойства показал этанол, однако его трудно отделить от примеси воды, так как он образует с ней азеотроп. Его применение ограничено также завышенной стоимостью, проблемами хранения, нормативами, регулируемыми государством, необходимостью денатурации, т. е. человеческим фактором, связанным с его потребительскими свойствами. Многопараметрическая оптимизационная процедура показала, что для рутинных технологических задач предпочтение следует отдавать смешанным сольвентам, имеющим значения Rchb в диапазоне 0,99-0,39 (табл.4). Применения большинства индивидуальных растворителей целесообразно избегать, учитывая показатели их экологической и пожарной безопасности.

Таблица 4

Рейтинг сольвентов по обобщенному критерию химической и пожарной безопасности

Примечание. Растворители, помеченные «звездочкой», не входят в выборку рекомендуемых. Они приведены для иллюстрации выводов.

Список литературы

1. Рудаков О.Б. Растворитель как средство управления процессом в жидкостной хроматографии. - Воронеж: Изд-во ВорГУ, 2003. - 300 с.

2. Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0. - СПб.: BHV-Cанкт-Петербург, 1997. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru