Экологически безопасные
технологии
УДК 667.6
Экологический аспект создания лаковых защитных покрытий
на основе поливинилхлорида
И. А. ГУТКОВИЧ, А. А. МИРОНОВ
ЗАО "Биохимпласт", г. Дзержинск, Нижегородская обл., Россия
Показана возможность создания лаковых защитных покрытий на основе суспензионного поливинилхлорида (ПВХ) взамен перхлорвиниловой смолы, производство которой характеризуется значительными выбросами токсичных продуктов в атмосферу. Разработаны технические требования для ПВХ новой марки С-4000М для производства лакокрасочных материалов (ЛКМ), выгодно отличающегося от перхлорвиниловой смолы более низкой себестоимостью и экологичностью. Освоен промышленный выпуск ПВХ С-4000М для производства ЛКМ.
Ключевые слова: поливинилхлорид, перхлорвиниловая смола, выбросы токсичных продуктов.
Известно, что ПВХ, один из самых распространенных в мире полимеров, является хорошим антикоррозионным материалом, устойчивым ко многим агрессивным средам.
Широкому применению ПВХ в качестве пленкообразователя для лакокрасочных материалов, несмотря на небольшую стоимость, препятствуют его низкая растворимость в большинстве органических растворителей, высокая вязкость растворов и их склонность к гелеобразованию. На основе серийно выпускаемого ПВХ могут быть получены растворы лишь с очень низким содержанием основного вещества, что приводит к большим безвозвратным потерям дорогих растворителей.
Для придания ПВХ растворимости его подвергают дополнительному хлорированию с получением хорошо растворяющейся во многих лаковых растворителях перхлорвиниловой смолы. Лаковую перхлорвиниловую смолу получают методом хлорирования ПВХ в растворе хлорорганических растворителей (дихлорэтан, хлорбензол) с последующим выделением перхлорвиниловой смолы из раствора азеотропной отгонкой растворителя острым паром в водной среде, фильтрованием и центрифугированием суспензии, сушкой осадка горячим воздухом. При этом степень растворимости перхлорвиниловой смолы находится в диапазоне 99,5—99,9 мае. %, что позволяет получать лаковые покрытия высокого качества. Процесс получения перхлорвиниловой смолы отличается высокой энергоемкостью, большими расходными нормами сырья и выбросами в атмосферу токсичных веществ.
Основные выбросы токсичных продуктов, которые необходимо улавливать:
- хлористый водород, образующийся при реакции хлорирования (ПДК — 5мг/м3);
- дихлорэтан (ПДК — 10 мг/м3), трихлорэтан (ПДК — 45 мг/м3), хлорбензол (ПДК — 50 мг/м3);
- хлор (ПДК — 1 мг/м3).
Значительное количество указанных токсичных веществ содержится в готовой продукции (перхлорвиниловой смоле), что затрудняет ее применение для окраски внутри помещения.
В процессе получения перхлорвиниловой смолы ее себестоимость в несколько раз возрастает по отношению к исходному суспензионному ПВХ. Цена на перхлорвиниловую смолу практически в три раза выше цены на суспензионный ПВХ.
На основе перхлорвиниловой смолы получают широко известные лаки и эмали типа ХВ (ХВ-16, ХВ-785, ХВ-784 ит. д.).
Из вышеизложенного следует, что создание суспензионного ПВХ, не требующего хлорирования, обладающего низкой стоимостью и хорошей растворимостью в органических растворителях, в качестве пленкообразователя взамен перхлорвиниловой смолы является актуальной научной и практической задачей.
На основании проведенных исследований влияния молекулярной массы суспензионного ПВХ на вис- козиметрические характеристики его растворов в органических растворителях установлено, что при снижении молекулярной массы ПВХ ниже 30 000 раствор ПВХ становится устойчивым к длительному хранению (несколько лет) при необходимых концентрациях ПВХ (более 10 мас. %).
Для сравнения: растворы серийно выпускаемого в настоящее время суспензионного ПВХ, имеющего молекулярную массу более 30 000, сохраняет свою исходную вязкость не более суток с последующим гелеобразованием.
В результате проведенных опытных работ установлена возможность получения суспензионного ПВХ, соответствующего по растворимости перхлорвиниловой смоле, непосредственно в процессе полимеризации*, т. е. нет необходимости в его дополнительном хлорировании.
При этом в сравнении с производством перхлорвиниловой смолы исключаются выбросы следующих токсичных продуктов: хлора, хлористого водорода, дихлорэтана, трихлорэтана и хлорбензола.
Разработаны технические требования для ПВХ новой марки С-4000М для производства лакокрасочных материалов. При этом, как следует из табл. 1, основные характеристики данного ПВХ не отличаются от показателей качества перхлорвиниловой смолы.
Таблица 1
Сравнительные характеристики ПВХ С-4000М и перхлорвиниловой смолы
Показатель |
Норма для перхлорвиниловой смолы по ТУ 2243-01510641390-01 |
Фактическое для ПВХ С-4000М |
Внешний вид, цвет |
Однородный порошок белого цвета |
|
Растворимость, %, не менее |
99,5 |
99,9 |
Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с |
11—17 |
14,0 |
Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более |
0,3 |
Следы |
Основными преимуществами ПВХ марки С-4000М по сравнению с перхлорвиниловой смолой являются более низкая себестоимость получения и отсутствие в готовом продукте токсичных веществ. С использованием ПВХ С-4000М в качестве пленкообразователя на различных предприятиях России получены лаки и эмали типа ХВ-784, ХВ-16, ХВ-785. В результате испытаний лаковых покрытий на основе ПВХ марки С-4000М (табл. 2) установлено, что они не отличаются от перхлорвиниловых. При этом вязкость эмалей не изменялась в течение 3 лет.
Себестоимость производства ПВХ марки С-4000М более чем в три раза ниже, чем для перхлорвиниловой смолы.
Таблица 2
Физико-химические характеристики защитного покрытия эмали типа ХВ-16 (белой) на основе ПВХ С-4000М
Показатели |
Норма для эмали ХВ-16 на основе перхлорвиниловой смолы |
Фактический результат для эмали типа ХВ-16 на основе ПВХ С-4000М |
Условная вязкость по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20±2) °С, с |
24—48 |
38 |
Массовая доля нелетучих веществ, % |
25—29 |
29 |
Укрывистость высушенной пленки, г/м2, не более |
150 |
86 |
Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2) °С, ч, не более |
1,5 |
1,5 |
Эластичность пленки при изгибе, мм, не более |
1 |
1 |
Кислотное число водной вытяжки, мг КОН/г, не более |
0,2 |
0,015 |
Прочность пленки при ударе по прибору типа У-1 А, У-1, см, не менее |
50 |
50 |
Твердость пленки по маятниковому прибору М-3, уел. ед., не менее |
0,3 |
0,35 |
Адгезия пленки, баллы, не более |
2 |
1 |
Стойкость пленки к статическому воздействию жидкостей при температуре (20±2) °С, ч, не менее: |
|
|
ВОДЫ |
24 |
24 |
минерального масла |
24 |
24 |