ИТС 35-2024. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями

(утв. Приказом Росстандарта от 26.12.2024 № 3114)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 35-2017"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-35-2017" "ИТС 35-2017. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями (утв. Приказом Ро"
  n1["ИТС 35-2024"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-35-2024" "ИТС 35-2024. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями (утв. Приказом Ро"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 26 декабря 2024 г. № 3114

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ, ПРЕДМЕТОВ ИЛИ ПРОДУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

SURFACE TREATMENT, TREATMENT OF OBJECTS OR PRODUCTS USING ORGANIC SOLVENTS

ИТС 35-2024

Дата введения 1 сентября 2025 года

Введение

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник НДТ) «Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями» представляет собой документ по стандартизации, разработанный в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых для обеспечения высокой ресурсоэффективности и экологической результативности обработки поверхностей промышленной продукции (товаров) органическими растворителями и/или материалами, содержащими в своем составе органические растворители.

Краткое содержание справочника

Введение. Во введении представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимодействие с аналогичными международными документами.

Область применения. В разделе описаны основные виды деятельности, на которые распространяется действие справочника НДТ.

Раздел 1 В разделе 1 описана общая информация о применении растворителей при обработке поверхности промышленной продукции (товаров):

• цели и задачи проведения окрасочных работ при обработке поверхности промышленных изделий;
• сырьевые материалы и энергопотребление;
• структура производства и потребления лакокрасочных материалов;
• основные производства окрасочных работ (транспортное машиностроение, железнодорожная отрасль, сельхозмашиностроение, приборостроение, электротехника, металлургия, станкостроение, авиационная промышленность, судостроение, нефтегазовая промышленность, деревообрабатывающая промышленность).

Также в разделе 1 дан краткий обзор экологических аспектов проведения окрасочных работ и воздействия на окружающую среду.

Раздел 2 В разделе 2 представлены основные технологические процессы подготовки поверхности и окрашивания, применяемые в настоящее время при производстве продукции (товаров) в Российской Федерации, а также информация об особенностях технологических процессов, получивших распространение в производстве:

• легковых, грузовых автомобилей и другой транспортной техники;
• сельхозмашиностроения;
• окрашивания станков, кузнечно-прессовых и литейных машин;
• механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений;
• окрашивания судов;
• окрашивания оборудования химического производства и нефтегазовой промышленности;
• электротехнических изделий и др.

Раздел 3 В разделе 3 дано описание оборудования окрасочных производств, являющихся источниками загрязнения окружающей среды.

Раздел 4 В разделе 4 представлены текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду.

Составители справочника также приняли во внимание сведения об уровнях потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду, систематизированные в справочнике Европейского союза по наилучшим доступным технологиям «Обработка поверхности с использованием органических растворителей» (Best Available Techniques (BAT) Reference Document on Surface Treatment Using Organic Solvents including Preservation of Wood and Wood Products with Chemicals, 2020).

Раздел 5 Описаны особенности подходов, примененных при разработке данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458) и Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 23 августа 2019 г. № 3134).

Приведены сравнительный анализ и особенности учета критериев отнесения технологий, технологических и управленческих решений к наилучшим доступным технологиям в соответствии с требованиями ГОСТ Р 113.00.17-2023 «Наилучшие доступные технологии. Методические рекомендации по описанию наилучших доступных технологий в информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям».

Более подробно описаны методы предотвращения или, где это практически невозможно, сокращения воздействия на окружающую среду, которые учитывались при определении НДТ. В разделе приводятся, где это уместно, уровни экологических показателей (например, уровни выбросов/сбросов и потребления ресурсов), которые могут быть достигнуты с помощью описанных методов, соответствующий мониторинг, а также затраты и воздействие на различные компоненты окружающей среды, связанные с применением данных методов.

Раздел 6 В разделе 6 приведено краткое описание наилучших доступных технологий, включая:

• системы экологического менеджмента;
• технологические решения, направленные на повышение экологической результативности и ресурсной эффективности;
• решения, характерные для конкретных подотраслей.

Раздел 7 В разделе 7 приведены краткие сведения о перспективных технологических и технических решениях, общих для производства всех видов продукции (товаров).

Заключительные положения и рекомендации. В разделе представлена позиция разработчиков справочника НДТ в отношении сбора информации для актуализации и внесения изменений в справочник НДТ.

Приложения. Содержат перечень маркерных веществ, характерных для окрасочного производства, перечень технологических показателей НДТ, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности, а также Заключения по наилучшим доступным технологиям.

Заключения по наилучшим доступным технологиям включают части справочника НДТ, содержащие:

• область применения;
• описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;
• методы производственного экологического контроля (прежде всего — подходы к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

Приложение «Заключения по наилучшим доступным технологиям» приведено в справочнике НДТ для использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями, при формировании заявок на получение комплексных экологических разрешений, а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким описанием основных положений справочника НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного экологического контроля.

Приложения подготовлены с учетом положений ГОСТ Р 113.00.03-2019 «Наилучшие доступные технологии. Структура информационно-технического справочника».

Библиография. В библиографии приведен перечень источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника НДТ установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458, описывающим порядок определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям.

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями» (ТРГ 35), состав которой был утвержден приказом Минпромторга России от 24 апреля 2024 г. № 1817 «О создании технической рабочей группы „Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями“.»

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при обработке поверхностей, предметов или продукции технологических процессов с применением органических растворителей, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить энергоэффективность, обеспечить ресурсосбережение. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов (в том числе управления) определены решения, являющиеся НДТ. Для ряда НДТ в справочнике НДТ установлены соответствующие технологические показатели НДТ.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан в результате проведения экспертных оценок и консультаций со специалистами ведущих отечественных предприятий, научно-исследовательских, проектных и образовательных организаций. Составители справочника приняли также во внимание материалы справочника Европейского союза по наилучшим доступным технологиям «Обработка поверхности с использованием органических растворителей» (Best Available Techniques (BAT) Reference Document on Surface Treatment Using Organic Solvents including Preservation of Wood and Wood Products with Chemicals, 2020).

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве работ по обработке поверхности, предметов или продукции с использованием органических растворителей (подготовке поверхности и проведении окрасочных работ) в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки справочника НДТ и анализа приоритетных проблем, связанных с загрязнением окружающей среды, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. № 4841 «Об утверждении порядка сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 года № 1537-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 26 декабря 2024 г. № 3114.

Справочник НДТ введен в действие с 1 сентября 2025 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

8 Взамен ИТС 35-2017

Область применения

Обработка поверхностей, предметов или продукции с использованием органических растворителей в целом отнесена в Российской Федерации к областям применения наилучших доступных технологий [1]. При этом, согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2020 года № 2398 «Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III, IV категорий» [2], к объектам I категории отнесены предприятия по обработке поверхностей, продуктов или предметов с использованием органических растворителей, проектное потребление которых составляет 200 т/г и более, к объектам II категории — с использованием органических растворителей, проектное потребление которых составляет менее 200 т/г.

Настоящий справочник НДТ распространяется на производства по обработке поверхностей при изготовлении предметов или продукции в следующих отраслях промышленности:

• транспортное машиностроение;
• железнодорожная отрасль;
• сельхозмашиностроение;
• электротехника;
• металлургия (механическое оборудование и специальные стальные конструкции);
• станкостроение;
• авиационная промышленность;
• судостроение;
• нефтегазовая и химическая промышленность.

В приложении А приведены соответствующие области применения коды ОКВЭД и ОКПД.

Справочник НДТ распространяется на процессы, связанные с обработкой поверхности промышленных изделий (получением лакокрасочного покрытия), определяющие характер и масштаб воздействия на окружающую среду:

• производственные процессы подготовки поверхности к окрашиванию с применением органических растворителей;
• производственные процессы окрашивания;
• методы предотвращения и сокращения эмиссии и образования отходов.

Справочник НДТ не распространяется на:

• процессы обработки поверхностей металлов (подготовки поверхности к окрашиванию) с использованием электролитических или химических процессов;
• процессы обработки поверхности древесины и пластмасс;
• вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при обработке поверхностей органическими растворителями (получение лакокрасочного покрытия) и соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Дополнительные виды деятельности при обработке поверхности и соответствующие им справочники НДТ

Раздел 1 Общая информация об окрасочных работах при производстве продукции (товаров)

1.1 Цели и задачи проведения окрасочных работ

Изделия и продукция транспортного машиностроения, сельхозмашиностроения, железнодорожной, электротехнической, металлургической отраслей, судостроения, авиационной, нефтегазовой промышленности и других отраслей размещаются, работают и эксплуатируются преимущественно в атмосферных условиях различных климатических зон РФ, отягощенных коррозионными и механическими воздействиями.

Окружающая среда, взаимодействуя с металлической поверхностью, вызывает механические, химические и/или электрохимические разрушения, в результате которых снижаются эксплуатационные характеристики изделий и металлоконструкций.

Общие годовые затраты на борьбу с коррозией в развитых странах оцениваются в 2 — 4% от валового национального продукта [3]. Суммарные ежегодные потери в России в результате коррозии оцениваются в диапазоне от 300 млрд руб. до 1 трлн руб. [4]. По данным ВНИИ организации, управления и экономики нефтегазовой промышленности (ВНИОЭНГ), структура затрат на противокоррозионную защиту в Российской Федерации составляет:

• лакокрасочные покрытия — 39,5%;
• коррозионно-стойкие материалы — 20,5%;
• металлические покрытия — 15,6%;
• электрохимическая защита — 11,3%;
• ингибиторы коррозии — 8,6%;
• рациональное конструирование — 4,5%.

Наиболее универсальным, доступным и эффективным способом защиты металлов от коррозии в различных отраслях промышленности является нанесение лакокрасочных материалов (ЛКМ). В транспортном машиностроении, сельхозмашиностроении, железнодорожной, электротехнической отраслях и некоторых других отраслях на долю лакокрасочных покрытий (ЛКП) приходится до 80% продукции. Распространению ЛКП способствуют их невысокая стоимость (по сравнению с легированными сталями, гальваническими покрытиями, электрозащитой), сравнительная простота получения, возможность повышения качества защиты применением ЛКМ с различными свойствами и в различных сочетаниях, возможность придания поверхности требуемого вида (гладкость, цвет, блеск, матовость), длительный срок службы и ремонтопригодность. Экономичность применения ЛКМ зависит от коррозивности атмосферы, конструктивной приспособленности изделий к нанесению защитных покрытий, структуры и подготовки поверхности защищаемого металла, оптимальной технологии нанесения и формирования систем и долговечности наносимых ЛКП, безопасности для здоровья и экологической безопасности.

1.2 Сырьевые материалы и энергопотребление

1.2.1 Лакокрасочные материалы

Лакокрасочный материал — жидкий, пастообразный или порошковый материал, образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность лакокрасочное покрытие с защитными, декоративными и/или специальными техническими свойствами <1>.

<1> ГОСТ 28246-2017 Материалы лакокрасочные. Термины и определения.

ЛКМ представляют собой сложные многокомпонентные системы, содержащие пленкообразователи, пигменты, наполнители и др. Значительной составляющей большинства ЛКМ являются органические растворители (60 — 80% от состава лакокрасочного материала, готового к применению).

Производство ЛКМ в Российской Федерации представлено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Производство ЛКМ в Российской Федерации [5]

Крупнейшие производители ЛКМ на основе синтетических полимеров или химически модифицированных природных полимеров в неводной среде представлены на рисунке 1.2 (структура рынка по компаниям в натуральном выражении (число единиц продукции, которое продано организацией, в процентном отношении к количеству продукции, проданному на рынке)).

Рисунок 1.2 — Структура рынка ЛКМ по компаниям, % (в натуральном выражении) [57]

ЛКМ, применяемые для обработки поверхности, подразделяются на следующие сегменты [6]:

• на декоративные ЛКМ, включающие материалы ремонтно-строительного назначения для розничной продажи («сделай сам» — DIY), для продажи корпоративным клиентам и материалы общего назначения;
• индустриальные ЛКМ, включающие специальные материалы для различных отраслей промышленности;
• прочие (полуфабрикатные лаки, смолы, олифы, растворители и т.п.).

На долю ЛКМ для промышленных покрытий приходится порядка 30 — 35% (см. рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 — Структура российского рынка ЛКМ по отдельным секторам (в натуральном выражении), %

В настоящее время насчитывается более 4000 наименований ЛКМ, различающихся по химическому составу, назначению и эксплуатационным свойствам. Применимость индустриальных ЛКМ для обработки поверхностей в зависимости от химического состава [7] и областей применения показана в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Области применения ЛКМ при обработке поверхности предметов или продукции

Наибольший объем производства лакокрасочных материалов (ЛКМ) приходится на материалы лакокрасочные на основе акриловых или виниловых полимеров в водной среде, доля которых 41,7% (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 — Структура производства лакокрасочных материалов по видам (в процентах) [58]

1.2.2 Растворители

Органические растворители представляют собой летучие органические соединения (ЛОС).

ЛОС — любое органическое соединение, имеющее начальную температуру кипения не выше 250 °C, измеренную при нормальном давлении 101,3 кПа <2>.

<2> ГОСТ 28246-2017 Материалы лакокрасочные. Термины и определения.

Мировой рынок растворителей для ЛКМ составляет 15 млн т/г, из них 5,4 млн т/г приходится на долю углеводородных растворителей [8]. Доля рынка различных растворителей на примере рынка США составляет, %:

• углеводороды — 36;
• кетоны — 13;
• спирты — 16;
• хлорированные углеводороды — 14;
• прочие — 21.

Органические растворители (ОР) являются необходимыми сырьевыми и/или технологическими компонентами типовых лакокрасочных материалов. Они используются при производстве и применении ЛКМ для растворения пленкообразователей, корректировки вязкости готовых материалов, играют большую роль в процессе формирования покрытий, оказывая значительное влияние на структуру и свойства пленок, полученных из растворов полимеров. И, несмотря на тенденцию сокращения органических растворителей в современных ЛКМ из-за ужесточения экологических требований, органические растворители до настоящего времени занимают весомое место в лакокрасочной промышленности.

Основные аспекты функциональных назначений ОР:

• обезжиривающие средства при подготовке поверхности перед окрашиванием;
• компоненты синтеза пленкообразователей;
• компоненты пленкообразующих веществ;
• реологические компоненты ЛКМ, особенно в качестве растворителей и разжижителей органорастворимых и органоразбавляемых ЛКМ, а также модификаторы розлива;
• аддитивы водно-дисперсионных красок;
• средства доведения ЛКМ до рабочей вязкости;
• компоненты смывок;
• средства для промыва окрасочного оборудования.

Серийно выпускаемые органические растворители представляют собой одно- или многокомпонентные летучие жидкости.

В соответствии с ГОСТ 28246-2017 Материалы лакокрасочные. Термины и определения, основными понятиями, касающимися растворяющих компонентов, являются следующие:

Растворитель для лакокрасочных материалов: одно- или многокомпонентная жидкость, испаряющаяся при определенных условиях сушки и полностью растворяющая пленкообразующее вещество лакокрасочного материала.

Разбавитель лакокрасочного материала: одно- или многокомпонентная жидкость, испаряющаяся при определенных условиях сушки, которая, не являясь растворителем лакокрасочного материала, может быть использована в сочетании с растворителем, не ухудшая свойства лакокрасочного материала и лакокрасочного покрытия.

Разжижитель лакокрасочного материала: одно- или многокомпонентная жидкость, испаряющаяся при определенных условиях сушки, которая добавляется в лакокрасочный материал для снижения его вязкости.

Типовая классификация ОР, применяемых при производстве окрасочных работ, приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Классификация ОР

Как видно из классификации, в качестве растворителей используют широкий ряд летучих органических жидкостей, причем тип растворителя зависит от природы пленкообразователя. Для разных полимеров один и тот же растворяющий компонент может быть одним из трех указанных ранее типов. Так, толуол и ксилол, являясь активными растворителями для многих типов синтетических и искусственных полимеров, являются разжижителями для нитрата целлюлозы. В ЛКМ, содержащих воду, вода может быть истинным растворителем для некоторых компонентов композиции, однако не являться растворителем для основного пленкообразователя. Примером могут служить декоративные водно-дисперсионные краски. В этих случаях принято говорить о «водной фазе» композиции, имея в виду, что хотя вода и не растворяет пленкообразователь, однако является основным компонентом жидкой дисперсионной среды.

Наиболее часто используемые в процессе производства ЛКМ растворяющие вещества — алифатические и ароматические углеводороды, сложные эфиры уксусной кислоты, эфиры гликоля, спирты и некоторые кетоны.

В основные физические свойства химических соединений, пригодных для использования в качестве растворителей, входят: молекулярная масса, плотность, температуры кипения и плавления, показатель преломления и давление насыщенных паров при 20 °C, мм рт. ст.

К числу важнейших технологических свойств растворителей, определяющих возможность их применения в лакокрасочной промышленности, относятся растворяющая способность, летучесть, токсичность и горючесть.

Важным экономическим фактором является стоимость растворителей.

Эти факторы могут иметь одинаковую значимость в зависимости от функционального назначения ЛКМ. Если нанесение ЛКМ осуществляется в промышленных условиях, то проблемы, связанные с запахом, токсичностью и горючестью, обычно преодолимы, хотя и не всегда.

Растворяющая способность растворителя зависит от характера межмолекулярного взаимодействия молекул растворителя и пленкообразующего. Растворители с высокой полярностью или способностью к образованию водородных связей (гидроксилсодержащие соединения, эфиры) хорошо растворяют полярные пленкообразователи (фенольные смолы, поливинилацетали и т.п.). Неполярные углеводородные растворители хорошо растворяют неполярные и слабополярные пленкообразователи (растительные масла, маслосодержащие смолы и т.п.).

Многокомпонентные растворители, как правило, содержат в своем составе как активный компонент, так и скрытые растворители-разбавители и разжижители, причем содержание последних может достигать до 50 объемных процентов и выше. Введение скрытых растворителей (например, спиртов) и разжижителей снижает стоимость растворителя и позволяет использовать в качестве пленкообразователя смесь двух и более типов различных по природе полимеров, т.к. разбавитель для одного типа полимера может быть активным растворителем для другого.

Одним из методов количественной оценки растворяющей способности однокомпонентных и многокомпонентных растворителей является метод определения числа коагуляции. Обычно это число выражает процентное отношение объема толуола или ректифицированного спирта, который можно добавить к раствору пленкообразователя стандартной концентрации в испытуемом растворителе до начала коагуляции (неисчезающее помутнение или выпадение осадка), к объему стандартного раствора.

Существуют и косвенные методы оценки растворяющей способности растворителей:

• по вязкости одинаковых по концентрации растворов пленкообразователя в различных типах растворителей,
• по температуре , при которой растворитель приобретает способность растворять пленкообразователь в определенном объеме растворителя.

Летучесть растворителя зависит от ряда факторов:

• давления пара при данной температуре,
• величины скрытой теплоты парообразования,
• величины молекулярной массы,
• степени ассоциации молекул,
• величины поверхностного натяжения,
• влажности окружающей среды.

Скорость испарения растворителя из слоя ЛКМ (ЛКП) значительно ниже, чем из объема чистого растворителя, т.к. по мере улетучивания растворителя вязкость полимерного материала повышается, что затрудняет диффузию молекул растворителя к поверхности покрытия; кроме того, часть молекул растворителя входит в состав сольватных оболочек и удерживается в них силами межмолекулярного взаимодействия. Летучесть растворителей оценивают по отношению времени испарения капли испытуемого растворителя объемом 0,5 мл ко времени испарения капли такого же объема эталонного растворителя (диэтиловый эфир, ксилол и т.п.).

Температура кипения растворителя позволяет судить о возможной степени летучести растворителей одного и того же гомологического ряда.

Требования и выбор. Применяемый для изготовления ЛКМ растворитель должен быстро и полно растворять пленкообразующее вещество, как можно полнее улетучиваться из слоя покрытия в процессе сушки, быть нейтральным, стабильным, обладать слабым запахом, малыми токсичностью и горючестью.

От правильности выбора растворителя зависит как стоимость ЛКМ, так и качество получаемого на его основе покрытия. При этом следует стремиться к получению низковязких растворов с минимально возможным количеством вводимого растворителя, использовать в составе многокомпонентного растворителя как можно больше дешевого разбавителя с высокой летучестью, применять истинные растворители с температурой кипения выше, чем у присутствующих разбавителей, во избежание опасности коагуляции пленкообразователя при первоначальном испарении истинного растворителя.

Наиболее эффективным способом повышения скорости испарения растворителя из слоя покрытия является использование в составе многокомпонентного растворителя азеотропной смеси, кипящей при температуре более низкой, чем каждый из входящих в нее компонентов.

Однако следует помнить, что при очень быстром испарении растворителя затрудняется нанесение ЛКМ, особенно методом пневматического распыления. Быстрое улетучивание растворителя из слоя покрытия может привести к конденсации на нем влаги из окружающей воздушной среды, что приводит к побелению покрытия и ухудшению его качества. Поэтому для облегчения нанесения ЛКМ на окрашиваемую поверхность и достижения хорошего розлива в состав растворителя должны вводиться средне- и труднолетучие соединения (бутанол, этилцеллозольв).

Если ранее подбор оптимального состава растворителей осуществлялся в основном эмпирическим путем, то в настоящее время используют объективные критерии оценки качества растворителей. Универсальных растворителей не бывает. Даже бифункциональных не так много. Поэтому новейшие методы, основанные на концепции параметров растворимости, которую можно использовать для подбора летучей части ЛКМ, обезжиривающих составов и смывок расчетным путем, позволяют осуществлять наиболее рациональный выбор смесей растворителей в соответствии с возникающей необходимостью.

Поэтому при выборе растворителей следует прежде всего руководствоваться термодинамическим сродством в системе полимер-растворитель и летучестью растворителя. От сродства компонентов системы зависят скорость растворения пленкообразователя, стабильность и реологические свойства растворов или дисперсий и, в определенной степени, структура и свойства покрытий. Летучесть растворителя влияет на технологические свойства ЛКМ, внешний вид ЛКП, которые также существенно зависят и от применяемых методов нанесения.

Одной из проблем, стоящих перед лакокрасочниками, является получение малотоксичных покрытий, не оказывающих вредного влияния на экосистему. Для решения этой проблемы необходимо знать санитарно-химические свойства растворителей, а также факторы, влияющие на удерживание растворителей покрытиями. К решению данной проблемы следует подходить разумно и взвешенно, основной упор делая на разработку и применение установок современных систем вентиляции, улавливания (рекуперации) и регенерации растворителей, а не на полный запрет их применения.

Свойства базовых растворителей приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Параметры токсичности наиболее применяемых растворителей

За два последних десятилетия тенденция к минимизации использования органических растворителей практически не изменилась. Это обусловлено в первую очередь проблемами, связанными с токсичностью растворителей и с их содержанием в ЛКМ. Вместе с тем в обозримом будущем рынок растворителей, по-видимому, существенно не изменится, поскольку доля органорастворимых ЛКМ на мировом рынке только возрастает из-за все более высоких эксплуатационных требований, предъявляемых к ЛКП. Это подтверждает современный опыт использования органорастворимых материалов в высокотехнологичных отраслях — машиностроении, судостроении, транспорте и т.п.

1.2.2.1 Обработка поверхностей при подготовке к окрашиванию

При обработке поверхностей металлов (подготовке поверхности к окрашиванию) широкое распространение получили методы обезжиривания. В рецептурах составов для обезжиривания широко используются различные органические растворители.

Процесс обезжиривания с помощью растворителей заключается в растворении и удалении с поверхности различных загрязнений органического происхождения: масляных, жировых и воскообразных веществ, являющихся остатками шлифовальных, полировальных, доводочных паст, консервационных смазок и т.д. [9]. Для обезжиривания применяют индивидуальные растворители и их смеси, эмульсии растворителей в воде, стабилизированные поверхностно-активными веществами, водные моющие растворы щелочного и кислотного типа. Выбор составов для обезжиривания зависит не только от характера удаляемых загрязнений, но и от вида последующей обработки изделий. Так, если после обезжиривания проводится обработка изделий в водных растворах, например фосфатирование или нанесение водоразбавляемых ЛКМ, то для обезжиривания рекомендуется применять водные щелочные растворы. В остальных случаях часто используют органические растворители.

По растворяющей способности их можно разделить на следующие группы:

• растворители с низкой растворяющей способностью — нефтяные растворители (бензин, уайт-спирит);
• растворители со средней растворяющей способностью — ароматические углеводороды, спирты и сложные эфиры;
• растворители с высокой растворяющей способностью — хлорированные углеводороды.

Достоинством нефтяных растворителей являются их доступность, дешевизна и малая токсичность, поэтому они широко используются для холодного обезжиривания крупногабаритных изделий. Обычно обезжиривание таких поверхностей проводят путем протирки ветошью, смоченной в уайт-спирите или бензине. Эти растворители хорошо удаляют свежие и отработанные минеральные масла, консистентные минеральные масла и смазки, консервационные составы.

Из хлорированных углеводородов для обезжиривания применяют три- и тетрахлорэтилен, метиленхлорид, фторхлоруглеводород. Достоинство таких растворителей заключается в возможности их регенерации методом перегонки.

Трихлорэтилен широко применяется для обезжиривания поверхностей черных металлов. Для обезжиривания поверхности алюминия и его сплавов применяют тетрахлорэтилен. В промышленности составы на основе хлорированных углеводородов, как и других органических растворителей, применяются в виде растворяюще-эмульгирующих средств. Фторхлоруглеводородные растворители (хладон 112 и 113) являются низкотоксичными и применяются для удаления загрязнений с изделий из черных и цветных металлов, а также печатных плат, выполненных на полимерной основе.

Широкое применение для обезжиривания нашли эмульсионные составы, которые представляют собой эмульсии растворителей в воде, стабилизированные ПАВ. Достоинством таких составов являются негорючесть, более низкая токсичность, чем у индивидуальных растворителей, а также более высокая эффективность процесса обезжиривания за счет одновременного растворения и эмульгирования загрязнений. Эмульсионные составы на основе нефтяных растворителей применяются для очистки изделий из черных металлов, бронзы, латуни, дюралюминия. Различают способы холодного и горячего обезжиривания. Холодное обезжиривание проводят при комнатной температуре путем протирки ветошью, окунания или струйным методом. Этот метод малоэффективен, однако используется довольно широко. Современным способом является горячее обезжиривание в парах растворителей. Для этого используются хлорированные углеводороды, которые нагревают до температуры кипения в специальных ваннах.

Прогрессивным является использование для обезжиривания ультразвуковых установок. Процесс обезжиривания в этом случае сокращается, появляется возможность уменьшения содержания активных растворителей в составах.

1.2.2.2 Растворители в составе ЛКМ

Применяемые в лакокрасочной промышленности растворители по химической природе подразделяются на:

• углеводороды (алифатические, эпициклические, ароматические, нефтяные и терпеновые);
• кетоны;
• простые и сложные эфиры;
• спирты;
• галогенсодержащие растворители;
• прочие растворители.

Основным природным источником большинства углеводородных растворителей является нефть, в которой содержатся в основном парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды. Углеводородные растворители нашли широкое применение в лакокрасочной промышленности благодаря низкой стоимости и доступности. В составе ЛКМ растворители служат для растворения пленкообразователей (олигомерных и полимерных смол, являющихся основой пленкообразующих веществ в ЛКП).

Ароматические углеводороды — наиболее обширная группа углеводородных растворителей, выпускаемая промышленностью. Отечественной промышленностью производятся практически все ароматические растворители, в том числе и смесь ароматических углеводородов под названием «сольвент», широко применяемая в лакокрасочной промышленности.

Сольвент применяется для растворения масел, битумов, каучуков, мочевино- и меламиноформальдегидных олигомеров лакокрасочных материалов.

Толуол растворяет кремнийорганические и акриловые смолы. В качестве основного компонента применяется в смесевых растворителях для растворения эпоксидных, виниловых и акрилсодержащих полимеров, хлоркаучука.

Ксилол применяется для растворения алкидно-стирольных, алкидно-уретановых, эпоксиэфирных и бутанолизированных меламиноформальдегидных смол. Часто используется взамен сольвента в рецептурах ЛКМ.

К нефтяным растворителям относятся фракции нефти, получаемые в результате перегонки и состоящие из смесей индивидуальных углеводородов. Эти растворители объединяются термином «Нефрас». Нефрас-С — растворители смешанного состава, в которых присутствуют углеводороды всех классов. Нефрас-А — растворители с преобладанием ароматических углеводородов.

Из нефтяных растворителей наиболее широко в лакокрасочной промышленности применяется уайт-спирит в качестве растворителя жирных алкидов, некоторых каучуков, полибутилметакрилата.

Кетоны являются растворителями большинства пленкообразующих веществ. В лакокрасочной промышленности применяются алифатические и алициклические кетоны.

Ацетон применяется для растворения природных смол, масел, диацетатцеллюлозы, эпоксидных смол, сополимеров винилхлорида, полиакрилатов, хлоркаучука. Диацетоновый спирт является растворителем нитрата и ацетата целлюлозы, эпоксидных смол. Циклогексанон применяется в качестве растворителя при получении полиуретановых эмалей.

Из алифатических эфиров двухатомных спиртов наибольшее распространение получили этилцеллозольв и бутилцеллозольв. Этилцеллозольв применяется в качестве растворителя мочевиноформальдегидных олигомеров, полиэфирных и эпоксидных ЛКМ, входит в состав большинства смесевых растворителей. Бутилцеллозольв растворяет нитрат целлюлозы, хорошо совмещается с алкидами.

Сложные эфиры — наиболее широко распространенный класс органических растворителей, имеющих большое практическое применение. Этилацетат, подобно ацетону, растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество — в более высокой температуре кипения (меньшей летучести). Бутилацетат растворяет эфиры целлюлозы, масла, жиры, хлоркаучук, виниловые полимеры, карбинольные смолы. Изобутилацетат может быть применен вместо циклогексанона в нитроцеллюлозном лаке.

Спирты относятся к сильнополярным жидкостям. Самостоятельно применяются довольно редко, но в смеси с другими растворителями используются широко. Например, высокомолекулярные эпоксидные смолы не растворяются в спиртах и ароматических углеводородах, но хорошо растворяются в их смесях. Бутиловый и изобутиловый спирты в смесях с этиловым спиртом применяются для растворения мочевиноформальдегидных олигомеров, поливинилбутираля, в смеси с ксилолом — для растворения полиакрилатов. Являются добавкой к большинству смесевых растворителей, повышая их растворяющую способность. Бензиловый спирт относится к простейшим ароматическим спиртам и хорошо растворяет глифталевые олигомеры. Циклогексанол повышает блеск нитроцеллюлозных лаков. Из двухатомных спиртов применяют этиленгликоль, диэтиленгликоль и пропиленгликоль.

Прочие растворители не нашли широкого применения в лакокрасочной промышленности.

1.2.2.3 Растворители, обеспечивающие технологичность обработки поверхности

ЛКМ, предназначенные для нанесения на промышленные изделия, предварительно подготавливают путем разведения их растворителями, разбавителями и разжижителями до рабочей вязкости для обеспечения качественного нанесения и розлива. Наиболее часто для этих целей используют смесевые растворители.

В таблице 1.4 приведены основные марки и состав смесевых растворителей, выпускаемых отечественной промышленностью.

Таблица 1.4

Состав и характеристика смесевых растворителей

Для нанесения ЛКМ методом электроокраски (распыление в электрическом поле высокого напряжения) используются смесевые растворители марок РЭ по ГОСТ 18187-72 [10], содержащие разное соотношение сольвента, бутилового спирта, бутилацетата, этилцеллозольва, ксилола, циклогексанона и диацетонового спирта. Эти смесевые растворители применяются в основном в транспортном машиностроении и сельхозмашиностроении.

1.2.3 Энергопотребление

Все отрасли, проводящие обработку поверхности, являются значительными потребителями энергии. Значительное количество энергии используется для испарения растворителя при сушке лакокрасочного покрытия и извлечения его из загрязненного воздуха при термической деструкции ЛОС при низких концентрациях.

Данные по энергопотреблению по различным отраслям промышленности отсутствуют. Энергопотребление находится в прямой зависимости от применяемого лакокрасочного материала и площади обработки поверхности.

1.3 Структура производства и потребления лакокрасочных материалов

Емкость рынка индустриальных ЛКМ оценивается в 360 — 400 тыс. т [11]. Существует два подхода к сегментированию рынка индустриальных ЛКМ:

• по отраслям промышленности;
• по видам материалов и направлению использования.

Доли крупнейших отраслей, потребляющих ЛКМ промышленного применения, в общей структуре представлены на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 — Структура потребления индустриальных ЛКМ по отраслям (в натуральном выражении), % [11]

Другой подход предполагает, что рынок индустриальных ЛКМ можно сегментировать в зависимости от вида материала и направления использования. Структура рынка индустриальных ЛКМ по направлениям использования представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 — Структура потребления индустриальных ЛКМ в Российской Федерации по отдельным секторам (в натуральном выражении), % [11]

Оба подхода к сегментации имеют точки пересечения, поскольку некоторые отрасли промышленности связаны исключительно с производством соответствующих видов продукции. К числу таких отраслей относятся судостроение, производство железнодорожного транспорта, транспортное машиностроение и др.

Емкость сегмента «железнодорожное машиностроение» составляет 17 тыс. т. Основными потребителями являются филиалы РЖД, ЗАО «ТрансмашХолдинг», вагоностроительные и вагоноремонтные заводы, производители тепловозов и электровозов, операторы собственного подвижного состава. 80% рынка составляют алкидные материалы отечественного производства. Использование материалов регламентируется рекомендациями ВНИИЖТ.

Емкость сегмента «транспортное машиностроение» составляет 3,4 тыс. т. Основные потребители: комбайновый завод ООО «Ростсельмаш», концерн «Тракторные заводы», предприятия АО «НижКомАвто». Около 80% объема потребления — алкидные материалы отечественного производства. Лакокрасочные материалы применяются в соответствии с отраслевой НДТ.

Емкость рынка «судостроение, судоремонт» составляет 9 — 10 тыс. т. Основные потребители: судостроительные и судоремонтные заводы, компании-судовладельцы. 90% рынка составляют специальные эпоксидные и хлорвиниловые материалы. Использование материалов регламентируется рекомендациями Российского морского регистра судоходства, ЦНИИ МФ, ЦНИИ «Прометей».

Емкость сегмента «антикоррозионная защита металлоконструкций» составляет 25 — 30 тыс. т. Основные потребители: заводы металлоконструкций, строительные организации, нефтегазодобывающие и перерабатывающие предприятия, предприятия-подрядчики, занимающиеся обслуживанием объектов инфраструктуры — мостовых сооружений, вышек ЛЭП, вышек сотовой связи и др. Эпоксидные материалы составляют 25% рынка, алкидные — 65%. Использование материалов регламентируется рекомендациями ЦНИИС, ВНИИСТ.

По данным доклада директора бизнес-направления «Индустриальные покрытия» компании «Русские краски» объем производства строительных металлоконструкций на российских предприятиях составляет порядка 3,02 млн т, в том числе 1,53 млн т конструкций с полимерным покрытием. Потребление ЛКМ для защиты строительных металлоконструкций составляет 13 — 15 тыс. т. Количество производителей металлоконструкций в России — около 500 организаций. Порядка 70% производителей стальных металлоконструкций проводят так называемую «первичную защиту металлов», используя алкидные, фенольные, эпоксидные грунтовки российского производства.

Самые распространенные грунтовки среди потребителей — алкидные. Их предпочитают две трети производителей металлоконструкций. Около 35% потребителей применяют грунтовки на эпоксидной основе. Среди других используемых грунтовок — фенольные, хлорвиниловые и сополимеровинилхлоридные, алкидно-уретановые, органосиликатные, акрил-уретановые, полиуретановые. В качестве финишного покрытия преобладают алкидные эмали. До 35% используются эпоксидные эмали. Менее распространены финишные хлорированные, полиуретановые, акриловые, акрил-уретановые, эпоксиуретановые материалы.

Для окрашивания внешней поверхности самолета с обшивками из алюминиевых сплавов используют лакокрасочные материалы на основе бутилметакрилата, сополимеров бутилметакрилата, амида метакриловой кислоты, нитрила акриловой кислоты и стирола. На их основе созданы прозрачные лаки, грунтовки и эмали холодной сушки с повышенной термостойкостью. В последние годы для окрашивания авиационной техники используются также эпоксидные грунтовки и фторполиуретановые эмали. Для окрашивания внутренних обшивок, декоративной отделки деталей интерьера из стеклопластика применяют водоразбавляемые эмали. Материалы используются на основании рекомендаций ВИАМ.

1.4 Основные производства окрасочных работ

1.4.1 Транспортное машиностроение

1.4.1.1 Окрасочные производства легковых автомобилей

Легковые автомобили рассчитаны на эксплуатацию в течение большого срока и относятся к товарам длительного пользования. К ним предъявляются высокие требования по качеству обработки поверхности:

• долговременная защита от коррозии в результате воздействия климатических факторов внешней среды, в том числе стойкость к механическому, химическому воздействию;
• высокие требования к внешнему виду покрытия;
• отсутствие дефектов покрытия.

В соответствии с рекомендациями отраслевого стандарта [12], а также ГОСТ 9.032-74 [13] и ГОСТ 23852-79 [14] наружная поверхность кузова легкового автомобиля должна соответствовать I — II классам покрытий. Лакокрасочное покрытие должно быть высокоглянцевым. Потеки, волнистость, разнооттеночность не допускаются. Для II класса покрытия допускаются незначительная шагрень, отдельные штрихи, риски. Для внутренней поверхности кузова допускается III класс покрытия (допускаются волнистость не более 1,5 мм, незначительная шагрень, отдельные риски, штрихи, не более 10 включений/м2 размером не более 0,5 мм), для рамы и других деталей шасси, двигателя автомобиля и его сборочных единиц и деталей — VI класс (допускается разнооттеночность, отдельные потеки), а для рессор — VII класс покрытия (дефекты не нормируются).

Высокое качество ЛКП на наружной поверхности кузова легкового автомобиля достигается путем нанесения 4 — 5 слоев ЛКМ, на внутренней поверхности кузова — 2 - 3 слоя ЛКМ, на рамах и других деталей шасси и сборочных единицах — 1 - 2 слоя ЛКМ.

Для защиты днища и скрытых сечений используются мастики.

1.4.1.2 Окрасочные производства грузовых автомобилей, автобусов

ЛКП грузовых автомобилей должно иметь гладкую, глянцевую или полуглянцевую поверхность, автобусов и троллейбусов — гладкую, глянцевую, мотоциклов и других изделий — гладкую, высокоглянцевую и глянцевую.

Устанавливают допустимые для исполнения классы покрытия:

1. для сборочных единиц и деталей грузовых автомобилей:

• III — для кабины;
• V — для рамы и других деталей шасси, для двигателя автомобиля и его сборочных единиц и деталей;
• VII — для рессор;

2. для большегрузных карьерных автосамосвалов:

• V класс — для кабины, узлов, оперенья, аккумуляторных ящиков;
• VI класс — для наружной поверхности платформ, топливных баков и масляных баков;
• VII класс — для рам, узлов, шасси;

3. для автобусов:

• III класс — для кузова.

Процессы окрашивания этих изделий имеют значительные отклонения от серийных процессов окрашивания легковых автомобилей из-за более низких требований к декоративности покрытий, широкого ассортимента применяемых материалов, методов нанесения и конструктивных особенностей самого изделия.

1.4.2 Железнодорожная отрасль

К изделиям железнодорожной отрасли, требующим применение ЛКП, относятся:

• пассажирские, почтовые и багажные вагоны;
• электропоезда;
• дизель-поезда;
• грузовые вагоны;
• металлические конструкции железнодорожных мостов.

В таблице 1.5 показаны требования к отделке внешнего вида покрытий в железнодорожной отрасли.

Таблица 1.5

Классы покрытий изделий по [14]

Срок службы ЛКП на наружной поверхности кузова пассажирских вагонов при использовании материалов на полиуретановой основе — 6 - 7 лет, алкидных и водно-дисперсионных материалов — 4 года; на внутренней металлической поверхности кузовов — 16 лет. Срок службы покрытий: на наружной металлической поверхности кузовов грузовых вагонов — 10 лет при использовании двухупаковочных материалов, 5 лет при использовании одноупаковочных водно-дисперсионных и сополимерных материалов; на внутренней металлической поверхности кузовов крытых грузовых вагонов, имеющих обшивку, — 15 лет; на внутренней поверхности минераловозов и зерновозов — 5 лет при использовании одноупаковочных материалов, 7 лет при использовании двухупаковочных материалов. Срок службы лакокрасочного покрытия на ходовой части всех видов вагонов — не менее 2 лет [15, 16].

ЛКП железнодорожного транспорта, помимо высокой атмосферостойкости, должны быть устойчивы к воздействию агрессивных чистящих средств, применяемых для удаления граффити. Они должны быть устойчивы к истирающему воздействию снега, песка.

В РФ через каждые 2 года проводят перекрашивание вагонов при применении алкидных ЛКМ и через каждые 5 лет — при применении полиакриловых и полиуретановых ЛКМ, в европейских странах — каждые 8 лет.

1.4.3 Сельхозмашиностроение

По назначению [17] сельскохозяйственную технику можно разделить на три класса; тракторы, сельскохозяйственные машины, оборудование и машины для животноводства и кормопроизводства.

В каждом классе имеются разные группы машин и оборудования, которые окрашиваются ЛКМ, что обуславливает различные технические требования к покрытиям. Более того, отдельные детали и сборочные единицы машины часто окрашиваются разными ЛКМ, что связано с условиями работы этих деталей.

К первому классу сельхозтехники относятся тракторы, двигатели и самоходные шасси. В процессе эксплуатации они подвергаются воздействию атмосферных условий. Некоторые детали их подвержены воздействию бензина, минеральных масел, высоких температур (до 450 °C).

Второй класс по назначению включает 11 групп сельхозтехники:

• почвоперерабатывающие машины: камнеуборочные машины, канаво- и ямокопатели, заравниватели, корчеватели, бороздо- и грядоделатели, плуги, культиваторы, бороны, окучники и др.;
• машины для посева и посадки: сеялки, сажалки, рассадопосадочные машины и т.д.;
• машины для подготовки и внесения удобрений: смесители, разбрызгиватели, рассеиватели, прицепы для удобрений;
• машины для защиты растений: опрыскиватели, аэрозольные аппараты, гербицидно-аммиачные машины, опылители, протравливатели семян и др.;
• машины для полива: дождевательные установки и машины различных типов, насосные агрегаты и др.;
• комбайны — зерновые, рисовые, кукурузоуборочные, жатки для уборки зерновых культур и прицепы для перевозки сельскохозяйственных грузов;
• машины и приспособления для уборки бобовых и масличных культур, льна, конопли, чая, хлопка, хмеля и др.;
• машины для очистки и сортировки зерна и семян: веялки, семяочистительные машины и др.;
• сушильные устройства: сельскохозяйственные сушилки, воздухонагреватели и др.;
• машины для уборки и первичной обработки овощей;
• машины, используемые в садоводстве: комбайны для уборки плодов, ягод и винограда: копатели для саженцев и рассады; обрезчики; средства для транспортирования ягод и фруктов.

Третий класс сельхозтехники — машины и оборудование для животноводства и кормопроизводства:

• машины и оборудование, на которые воздействует микроклимат животноводческих помещений;
• машины и оборудование, работающие в контакте с влажными и полувлажными кормами;
• машины и оборудование, находящиеся в контакте с навозом и пометом.

ЛКП первых двух классов оборудования подвергаются воздействию климатических факторов внешней среды. Машины третьей группы должны быть химстойкими. Кроме того, ЛКП третьей группы не должны быть токсичными и влиять на репродуктивные функции животных, их рост и развитие, а также не должны снижать санитарные характеристики получаемых продуктов питания.

Особенностью эксплуатации сельхозтехники является также сезонность ее работы. Межсезонное хранение техники возможно в закрытых помещениях, под навесом или на открытых площадках.

По внешнему виду ЛКП должны соответствовать следующим требованиям:

• наружные поверхности облицовочных деталей тракторов и самоходных комбайнов должны соответствовать классу поверхности не менее IV (допускаются: 1 включение на 1 дм2 размером не более 1 мм на расстоянии 10 мм, шагрень, отдельные штрихи, волнистость до 2 мм);
• наружные поверхности облицовочных деталей сельхозмашин, промышленных, лесохозяйственных и трелевочных тракторов должны соответствовать классу поверхности не менее V (допускаются отдельные потеки);
• остальные изделия, за исключением рамных конструкций, деталей ходовой части и рабочих органов, должны соответствовать классу поверхности не менее VI (допускаются включения, шагрень, отдельные потеки, разнооттеночность).

На деталях ходовой части и рабочих органов класс покрытия не нормируется.

Для грунтования поверхности используются в основном алкидные, алкидно-уретановые и фенольные грунтовки (содержание растворителя — 50 — 60%), электрофорезные грунтовки (содержание растворителя — 10%), водно-дисперсионные грунтовки (содержание растворителя — 8%).

Для окрашивания изделий 1 и 2 групп используют алкидные, алкидно-уретановые, алкидно-акриловые, меламиноалкидные эмали (содержание растворителя — 50 — 60%), водно-дисперсионные краски (содержание растворителя — 8%). Количество слоев лакокрасочного покрытия — 3, включая грунтование. Внутренняя поверхность кабины, закрытая обивкой, внутренняя поверхность дверей, подлежащая завальцовке, внутренние детали двигателя, топливные насосы и другие подобные детали, ободья и диски колес под резиной допускается только грунтовать.

Изделия 3 группы и сельхозтехнику, контактирующую с минеральными удобрениями, грунтуют фенольными (содержание растворителя — 45%), перхлорвиниловыми и сополимервинилхлоридными (содержание растворителя — 60%) и полиакриловыми (содержание растворителя — 85%) материалами, окрашивают поливинилхлоридными (содержание растворителя — 75%) и порошковыми материалами. При окрашивании поливинилхлоридными материалами наносят 5 слоев ЛКМ, порошковыми — 1 слой.

1.4.4 Электротехнические изделия

Многочисленную группу электротехнических изделий, подлежащих окрашиванию, составляют электродвигатели. Электродвигатели окрашивают для защиты от воздействия внешних факторов окружающей среды, а также для придания им эстетического вида [18]. Как правило, окрашиванию подлежит наружная поверхность электродвигателей. По внешнему виду ЛКП электродвигателей должны соответствовать классу поверхности не ниже VI, а для электродвигателей, предназначенных на экспорт, — не ниже IV класса по ГОСТ 9.032-74 [13]. В соответствии с [19] гарантийный срок эксплуатации стандартных асинхронных электродвигателей общепромышленного назначения составляет 2 года, средний ресурс до капитального ремонта — 30 000 ч. Для погружных электродвигателей [20] средний срок службы устанавливается 5,5 лет, средний ресурс до капитального ремонта — 21 000 ч. Таким образом, ЛКП должно обеспечивать противокоррозионную защиту металлических поверхностей не менее 5 — 8 лет.

В конструкции электродвигателя имеются детали из стали, чугуна и алюминия: станина изготавливается из чугуна, кожух и относящиеся к нему детали — из стали, детали вентилятора — из алюминия. Для получения защитных покрытий используют меламиноалкидные и алкидные ЛКМ, а для электродвигателей химстойкого исполнения — эпоксидные ЛКМ высокотемпературной сушки (100 — 130 °C).

1.4.5 Металлургия

1.4.5.1 Механическое оборудование и специальные стальные конструкции гидротехнических сооружений

Механическое оборудование гидротехнических сооружений включает совокупность устройств, необходимых для пропуска воды при эксплуатации:

• затворы всех типов, штанги затворов, сороудерживающие решетки, шлюзовые ворота и другие подвижные конструкции;
• закладные части, другие металлические конструкции и детали, заделываемые в бетон;
• подъемно-транспортные механизмы, предназначенные для маневрирования подвижными конструкциями;
• захватные балки;
• решеткоочистительные машины;
• компенсаторы трубопроводов.

К основным специальным стальным конструкциям относятся:

• трубопроводы, облицовки и уравнительные резервуары;
• эстакады;
• подкрановые балки;
• шоссейные, железнодорожные и служебные мосты;
• металлические каркасы ГЭС, других зданий и сооружений.

При воздействии на металлоконструкции при эксплуатации в открытой атмосфере используются в качестве грунтовочных материалов уретановые, кремнийорганические, эпоксидные, эпоксидно-уретановые, керамоэпоксидные, винилово-эпоксидные, эпоксидно-винилхлоридные, полиамидоэпоксидные, этилсиликатные, фенолформальдегидные, винилбутиральные, каучуко-смоляные ЛКМ. В качестве покрывного материала используются уретановые, полиакриловые, кремнийорганические, эпоксидные, эпоксиэфирные, эпоксисополимерные, керамоэпоксидные, винилово-эпоксидные, фторуретановые, каучуко-смоляные, поливинилхлоридные, алкидные, поливинилбутиральные ЛКМ.

При длительном или периодическом воздействии на металлоконструкции пресной (речной) воды в качестве грунтовочных материалов используют эпоксидные, винилово-эпоксидные, керамоэпоксидные, кремнийорганические, уретановые, поливинилхлоридные, фенолформальдегидные, акриловые, поливинилбутиральные, каучуко-смоляные ЛКМ. В качестве покрывного материала используют винилово-эпоксидные, эпоксидные, эпоксикаменноугольные, керамоэпоксидные, кремнийорганические, уретановые, поливинилхлоридные, каучуко-смольные, винилбутиральные эмали и грунт-эмали.

При длительном или периодическом воздействии морской воды в качестве грунтовочных материалов используют полиуретановые, поливинилхлоридные, винилово-эпоксидные, эпоксидные, эпоксикаменноугольные, фенолформальдегидные, полиакриловые, поливинилбутиральные, кремнийорганические, каучуко-смоляные ЛКМ. В качестве покрывного материала используют полиуретановые, винилово-эпоксидные, эпоксидные, эпоксикаменноугольные, керамоэпоксидные, поливинилхлоридные, кремнийорганические, каучуко-смоляные, поливинилбутиральные эмали и грунт-эмали.

1.4.5.2 Окрашивание рулонного металла (койл-коатинг)

Окрашивание рулонного металла (койл-коатинг) — способ окрашивания непрерывным нанесением лакокрасочного материала на металлическую ленту, которая после сушки/отверждения лакокрасочного покрытия может быть смотана в рулон [21] (рисунок 1.7). Металл с покрытием, нанесенным по методу койл-коатинга, можно перерабатывать в готовые изделия, не разрушая пленку эмали, поскольку слой ЛКМ устойчив к воздействию разных механических деформаций. Покрытие не разрушается именно за счет его свойств, обеспеченных химически и технологически.

Рисунок 1.7 — Технологическая линия окрашивания рулонного металла (койл-коатинг) [22]

Прокат с полимерным покрытием широко используется в следующих сегментах рынка:

• строительство (производство конструкционных плит, кровельных материалов, панелей, дверей для гаражей, подвесных потолков, жалюзи, корпусов светильников);
• бытовые приборы (корпусы стиральных машин, холодильников, морозильников, микроволновых печей, газовых плит, бойлеров, бытовой электроники, вентиляторов, кондиционеров);
• автомобилестроение (двери автомобилей, багажники, масляные фильтры, панели приборов, дворники);
• другие изделия (душевые кабины, домашняя мебель, офисная мебель, мебельная фурнитура, архивные шкафы, бочки, емкости для аэрозолей и т.п.).

Имеются данные, что предварительное окрашивание листового металла позволяет снизить общую себестоимость продукции на 20 — 30%.

В настоящее время на территории РФ действует около 30 линий для нанесения ЛКМ методом койл-коатинга, имеющих мощность производства окрашенного металла около 500 тыс. т в год. В Европе действует 158 окрасочных линий с производительностью 8252 тыс. т/г [22].

При окрашивании рулонного металла используются алкидные, полиакриловые, эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые покрытия, покрытия, модифицированные силиконом, покрытия на основе ПХВ (поливинилхлорида) и фторполимеров, например PVDF (поливинилиденфторида). Наиболее широкое распространение получили полиэфирные покрытия, что связано с их дешевизной в сочетании с хорошими эксплуатационными характеристиками.

1.4.6 Станкостроение

ЛКП металлорежущего, кузнечно-прессового, литейного и деревообрабатывающего оборудования должны быть устойчивы к климатическим факторам и другим видам воздействия (попаданию на окрашенные поверхности стружки, смазочно-охлаждающих жидкостей, рабочих жидкостей для электроэрозионных и электрохимических станков и др.), определяющим условия эксплуатации [23]. ЛКП должны быть гладкими, однотонными. Для маскировки неровностей поверхности допускается применение гладких рисунчатых (молотковых) или рельефных однотонных ЛКМ. По степени блеска ЛКП основных поверхностей станков и машин должны быть глянцевыми, полуглянцевыми или полуматовыми.

Требования к допустимому классу покрытия окрашенных поверхностей оборудования приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Требования к допустимому классу покрытия

Применяют нитроцеллюлозные, алкидные, перхлорвиниловые, меламиноалкидные, эпоксидные, поливинилбутиральные и кремнийорганические ЛКМ.

1.4.7 Судостроение

Основным методом защиты корпусов судов и корпусных конструкций от коррозии и обрастания является применение ЛКП. В судостроении и судоремонте используется значительное количество ЛКМ различных свойств и назначений. Необходимость применения обширного ассортимента шпатлевок, грунтовок, красок и эмалей вызывается наличием разнообразных типов судов и сложными условиями их эксплуатации в районах с различными климатическими условиями, а также характером и степенью агрессивности перевозимых грузов.

В таблице 1.7 приведены расчетные объемы обработки наружных поверхностей окрашивания корпуса судна 394-А [24].

Таблица 1.7

Объемы обработки наружных поверхностей судов

Используются эпоксидные шпатлевки, поливинилацетатные и эпоксидные грунтовки, эпоксидно-виниловые, сополимерополивинилхлоридные, перхлорвиниловые и пентафталевые эмали.

Биообрастание подводной части судов создает целый ряд проблем при эксплуатации судов — от снижения эффективности использования топлива до потери работоспособности конструкции. Обычная практика предотвращения обрастания морскими организмами — окрашивание поверхности специальными ЛКМ, которые подразделяются на две категории: биоцидные контактного действия и предотвращающие обрастание (самоочищающиеся).

До 2008 г. проблема решалась применением самоочищающихся покрытий с контролируемым высвобождением токсина трибутилолова. Данный биоцид был чрезвычайно эффективен. Однако этот токсичный и стойкий материал использовался настолько широко, что его накопление в морской экосистеме стало угрожающим. Международная морская организация по контролю за вредными противообрастающими системами на судах (IMO) приняла Международную конвенцию об ограничении, начиная с 2003 г., применения необрастающих систем, содержащих трибутилолово и другие оловосодержащие биоциды.

Самополирующиеся противообрастающие покрытия, не содержащие в своем составе оловоорганических биоцидов с жесткоконтролируемой скоростью полирования, — это покрытия на основе канифоли. В качестве биоцида используется закись меди. Срок службы таких покрытий — 2 - 3 года.

За рубежом разработка и применение противообрастающих покрытий осуществляется на основе современных экологических требований:

• полное запрещение, в соответствии с решением ООН (IMO Convention), использования оловосодержащих противообрастающих покрытий с начала 2008 г. как наиболее опасных для окружающей среды;
• запрещение бездоковой (на плаву) очистки подводной части судов с целью избегания попадания в воду остатков токсичных покрытий;
• разработка и использование в противообрастающих покрытиях новых малотоксичных биоцидов, не содержащих тяжелых металлов;
• разработка и использование противообрастающих покрытий, токсичные компоненты которых в морской воде быстро (например, в течение 12 ч) теряют свою биологическую активность;
• разработка покрытий с замедленным выделением из них в окружающую среду вредных компонентов, что обеспечивает снижение их концентрации в морской воде;
• ускорение разработки экологически обоснованных нормативных актов по строгому контролю за загрязнением окружающей среды и его проведение.

В целом существует два основных подхода: создание очень скользкой поверхности, к которой не могут прикрепиться обрастающие организмы, или же обеспечение использования поддающихся биологическому разложению материалов, которые будут медленно выщелачиваться из покрытий.

За рубежом проблема создания очень скользкой поверхности решена за счет создания покрытий на основе полиметилсилоксана с функциональными группами силанола (SiOH), двуокиси кремния и силанов с алкокси-группами и применения фторированных, фторэпоксидных смол, отверждаемых аминосилановыми соединениями.

Второй подход реализуется использованием самополирующегося покрытия, содержащего соединения одновалентной меди.

Отечественные сополимерополивинилхлоридные и винилэпоксидные ЛКМ также содержат в качестве биоцида закись меди.

1.4.8 Авиационная промышленность

В процессе эксплуатации покрытия, предназначенные для защиты внешней поверхности изделий авиационной техники, подвергаются воздействию различных разрушающих факторов: солнечной радиации, влаги, перепадов температуры, ударных нагрузок, вызываемых песком, снегом, дождем, сдвиговых нагрузок от высокоскоростного аэродинамического потока, а также синтетических масел и гидравлических жидкостей. На высотах полета порядка 10 км фиксируется излучение с длиной волны 0,2 — 0,3 мкм, которое отсутствует у поверхности Земли, в связи с этим фотоокислительная деструкция покрытия на данных высотах протекает интенсивнее, чем у поверхности Земли. К атмосферостойкости ЛКП для авиационной промышленности предъявляются повышенные требования.

Кроме того, ЛКМ должны наноситься и отверждаться в цеховых условиях без сушки при повышенных температурах.

Различают два процесса обработки поверхности:

• процессы, связанные с постройкой самолетов;
• техническое обслуживание [22].

При техническом обслуживании проводят полную замену внешнего покрытия самолетов, вызванную снижением оптических свойств, а также для исследования износа и коррозии металла. За рубежом перекрашивание проводят каждые 6 — 8 лет.

1.4.9 Нефтегазовая промышленность

К объектам нефтегазовой промышленности относятся:

• технологическое оборудование, трубопроводы и конструкции надземных объектов, предназначенных для добычи, сбора, подготовки, транспортировки, переработки и хранения углеводородов;
• резервуары товарной нефти и динамического и технологического отстоя нефти.

Для защиты наружной стальной поверхности объектов используются ЛКП, устойчивые к длительному воздействию атмосферы умеренного и холодного климата и обеспечивающие устойчивость к отслаиванию, растрескиванию, нарушению сплошности, изменению декоративных и защитных свойств в течение всего срока службы.

Внутренняя поверхность технологического оборудования и промысловых газопроводов должна:

• обеспечивать надежное экранирование защищаемого объекта от воздействия коррозионно-агрессивных сред, содержащих: сероводород, углекислый газ, органические соединения, включая органические кислоты, минерализованную воду и др.;
• выдерживать воздействие температур без отслаивания, расслаивания, растрескивания при эксплуатации от минус 60 до 150 °C и при транспортировании и проведении монтажно-строительных работ от минус 40 до 50 °C.

Класс покрытия наружных поверхностей изделий — не ниже IV по ГОСТ 9.032-74.

Нормируется три уровня срока службы покрытий:

• низкий уровень — от 5 до 7 лет;
• средний уровень — от 7 до 15 лет;
• высокий уровень — более 15 лет.

ЛКП наружных поверхностей резервуаров для хранения нефти должны быть стойкими к кратковременному воздействию хранящегося продукта и нейтральным моющим средствам. Срок службы наружной поверхности резервуара — от 10 до 20 лет, внутренней поверхности резервуаров — не менее 20 лет. Наружное покрытие обследуется не реже 1 раза в 5 лет, внутреннее — не реже 1 раза в 10 лет. В случае нарушения целостности покрытия проводится ремонт по восстановлению ЛКП.

Используются высоковязкие эпоксидные и одноупаковочные полиуретановые ЛКМ отечественного и зарубежного производства толщиной покрытия от 300 до 600 мкм.

1.4.10 ЛКМ, применяемые для окрашивания вне помещений или под навесом

Большая часть серийно выпускаемых ЛКМ применяется для окрашивания в полевых условиях, что соответствует первой категории размещения объектов по ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

Первая категория размещения характеризуется эксплуатацией изделий и проведением окрасочных работ на открытом воздухе, например, окрашивание мостовых конструкций различных типов, линий электропередач, нанесения разметочных покрытий, окрашивание гидротехнических сооружений и т.п. В данных условиях невозможно обеспечить улавливание и рекуперацию органических растворителей, полностью испаряющихся в открытую атмосферу и загрязняющих ее.

1.5 Экологические аспекты производства окрасочных работ и воздействие на окружающую среду

Поскольку органорастворимые ЛКМ — сложные многокомпонентные системы, содержащие пленкообразователи, пигменты, наполнители и, как правило, значительные количества органических растворителей, при нанесении ЛКМ в окрасочных камерах образуются твердые, пастообразные и жидкие отходы, пары растворителей и вода, насыщенная растворителями и красочным аэрозолем. В качестве пигментов, как правило, используют неорганические соединения: оксиды, соли тяжелых металлов. Наибольшую опасность для организма человека представляют летучие органические соединения (растворители), выделяющиеся в атмосферу при нанесении и сушке ЛКП; тяжелые металлы, содержащиеся в аэрозоле, образующемся при нанесении ЛКМ; изоцианаты, фталевый и малеиновый ангидриды, формальдегид, жирные кислоты и другие соединения, выделяющиеся при сушке ЛКМ (особенно при высокой температуре) [25]. При этом следует отметить, что растворители предназначены для обеспечения технологических параметров получения лакокрасочного покрытия и практически отсутствуют в полностью сформированном покрытии. С учетом мирового потребления ЛКМ суммарный выброс органических растворителей в атмосферу достигает 12 — 18 млн т/г.

Летучие органические соединения (кетоны, спирты, эфиры) вызывают различные аллергические реакции и отравления, а стирол, хлорбензол и этилбензол являются канцерогенами.

Для очистки отходящих газовых выбросов применяют ряд способов: окисление кислородом на катализаторах, непосредственное сжигание вредных примесей, улов с использованием гидрофильтров, а также сорбционные способы, с помощью которых удается выделить вещества для повторного использования в производстве.

Сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу можно достичь с помощью инженерно-технических решений:

• оптимизации процесса окраски;
• автоматизации оборудования;
• модернизации систем рециркуляции;
• очистки отходов;
• внедрения ЛКМ с высокой массовой долей нелетучих веществ, водоразбавляемых, порошковых и радиационно-отверждаемых.

Применение ЛКМ с содержанием нелетучих веществ 65 — 75% позволяет сократить потребление органических растворителей на 30%, снизить расход ЛКМ и увеличить срок службы покрытий в 1,5 — 2 раза. Водоразбавляемые материалы могут успешно заменить алкидные органоразбавляемые материалы. При применении окрашивания порошковыми ЛКМ полностью отсутствуют органические растворители и другие ЛОС. Технология окрашивания порошковыми полимерными красками малоотходная (практически полная утилизация ЛКМ нанесении и возвращение в производственный цикл), простая, экономичная (однослойное покрытие взамен двух-трехслойного), обеспечивающая высокое качество и долговечность покрытий.

Одним из путей сокращения расхода растворителей является их рекуперация [26]. В промышленности улавливание растворителей осуществляется конденсационным, адсорбционным и абсорбционным методами. Наиболее актуальным является адсорбционный метод, при котором растворитель поглощается из паровоздушных смесей твердыми адсорбентами с последующей десорбцией растворителя путем нагревания или пропускания паров через насыщенные сорбенты. В качестве адсорбентов в рекуперационных установках, работающих по этому методу, применяются в основном активные угли.

Помимо газообразных отходов, при получении лакокрасочных покрытий образуются жидкие и пастообразные отходы. Проблема отходов, содержащих тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, хром) и биоциды (противообрастающие ЛКМ), решается ужесточением требований к безопасности ЛКМ на законодательном уровне.

Готовится к введению в действие технический регламент Таможенного союза «О безопасности лакокрасочных материалов», который учитывает требования Директивы № 2004/42/EC [27] по ограничению содержания ЛОМ в ЛКМ и Регламента № 19007/2006 REACH [28] по токсичным соединениям.

Экологическая маркировка ЛКМ [29] - это:

• возможность для потребителя выбрать на рынке действительно экологически безопасный продукт;
• возможность сокращения негативного воздействия на окружающую среду и обеспечение регулярных проверок третьей стороной, помогающих решить проблемные вопросы предприятия;
• надежный государственный инструмент, направленный на повышение качества и экологической безопасности продукции.

Стандарт содержит требования к:

• компонентам ЛКМ (ограничиваются наиболее опасные вещества: ароматические углеводороды, вещества, обладающие канцерогенными, мутагенными свойствами, вызывающие аллергические реакции, токсичные и наносящие вред репродуктивной системе);
• эксплуатационным свойствам ЛКМ;
• системе обращения с отходами, использованию воды и электроэнергии;
• упаковочным материалам, определяющим их безопасность и пригодность к переработке.

Обработку и ликвидацию опасных отходов можно проводить разными путями, такими как:

• физическая обработка (сорбция на угле, диализ, электродиализ, испарение, фильтрование, флокуляция, отстаивание, обратный осмос, обезвоживание);
• химическая обработка (кальцинирование, ионный обмен, нейтрализация, оксидоредукция, осаждение, термическая обработка, пиролиз, сжигание);
• биологическая обработка (активирование пульпы, оросительные пульпы, оросительные фильтры);
• ликвидация и хранение в специальных сооружениях, хранилищах, подземное захоронение, выгрузка навалом либо в таре в океан.

Для ЛКМ актуально уничтожение отходов методом сжигания при 300 — 800 °C.

Раздел 2 Основные технологические процессы подготовки поверхности и окрашивания, применяемые в настоящее время при производстве продукции (товаров) в Российской Федерации

2.1 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания легковых автомобилей

Технологический процесс окрашивания кузова автомобиля включает стадии, перечисленные в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Технологический процесс окрашивания кузова легкового автомобиля

Предварительную обработку поверхности обезжириванием используют для удаления грязи и масла перед обработкой фосфатированием, которое способствует улучшению адгезии ЛКМ к окрашиваемой поверхности и повышению антикоррозионных свойств ЛКП. Окрашивание электроосаждением обеспечивает защиту от коррозии внутренних и наружных поверхностей, включая внутренние полости. Окрашивание промежуточной грунтовкой необходимо для выравнивания поверхности и обеспечения сцепления с верхним покрывным слоем покрытия. Финишный слой обеспечивает внешний вид покрытия, а также осуществляет защиту от химического и физического воздействия окружающей среды (солнечное излучение, дождь, снег, химикаты, топливо, механическое повреждение). Нанесение грунтовочного покрытия методом электроосаждения проводят в ваннах окунания. Нанесение промежуточной грунтовки проводят методом электростатического распыления с ручным подкрашиванием труднодоступных мест методом пневматического распыления. Окрашивание проводят в окрасочных камерах, снабженных системой фильтров для очистки от пыли и вентиляцией для удаления загрязненного воздуха из зоны окрашивания. Сушка покрытия проводится горячим воздухом в сушильных камерах.

В таблице 2.2 показан расход ЛКМ при окрашивании легкового автомобиля.

Таблица 2.2

Расход материалов

Расход находится в прямой зависимости от марки применяемого ЛКМ.

Вода при обработке поверхности автомобиля используется при:

• подготовке поверхности к окрашиванию;
• электроосаждении;
• очистке вытяжного воздуха окрасочной камеры.

Расход воды для электроосаждения, по данным [22], составляет 3 — 20 л/м2.

Для улавливания загрязняющих веществ (ЗВ) при окрашивании окрасочные камеры оборудованы гидрофильтрами. Вода, как правило, циркулирует в системе очистки. Расход циркулируемой воды — 2 - 3 л/м3 воздуха, удаляемого из окрасочной камеры. Требуется восполнение воды за счет испарения. Незначительное количество воды теряется при очистке камеры (унос с коагулянтом).

Данные по потреблению электроэнергии в РФ при производстве легковых автомобилей отсутствуют. По данным [22], расход электроэнергии на производство окрасочных работ составляет 38 — 52% от общего расхода электроэнергии на производство автомобиля, из них 7 — 11% расходуется на подготовку поверхности к окрашиванию, 10 — 15% — на электроосаждение, 12 — 18% — на герметизацию и защиту днища, 12 — 18% — на нанесение промежуточной грунтовки, остальное — на нанесение верхнего слоя покрытия.

2.1.1 Подготовка к окрашиванию

Предварительная обработка поверхности проводится водными составами и обсуждается в справочнике НДТ «Процессы обработки поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов».

2.1.2 Грунтование поверхности методом электроосаждения

В настоящее время метод электроосаждения применяется повсеместно как в Европе, так и в России для нанесения первичного грунтовочного слоя при окрашивании легковых автомобилей. Лакокрасочный материал наносится путем погружения в ванну и обычно содержит около 14 — 22% твердых компонентов, 2 — 6% растворителя, не содержит свинец. Разбавляется материал деминерализованной водой. В качестве пленкообразующего вещества служат латексные полимеры, диспергируемые в уксусной кислоте (ультрафильтрат).

Нанесение покрытий электроосаждением представляет собой процесс, заключающийся в осаждении пленкообразующего материала из водной среды на окрашиваемую поверхность с помощью постоянного электрического тока. Металлический корпус ванны, в которую помещают окрашиваемое изделие, является одним из электродов, связанных с источником постоянного тока. Противоположным электродом служит окрашиваемое изделие. В зависимости от того, где происходит нанесение ЛКМ — на аноде или катоде, процесс электроосаждения может быть анодным или катодным. При окрашивании легковых автомобилей преимущественно используется катодное электроосаждение. При нанесении методом электроосаждения достигается высокая равномерность по толщине покрытий, возможность хорошего прокрашивания изделий в труднодоступных местах, на острых кромках и углах.

ЛКМ, который электростатически не осадился на поверхности, удаляется промывкой ультрафильтратом. Используется многократная промывка. Для обеспечения экологической безопасности процесса окрашивания и сокращения объема промывочной воды используются установки ультрафильтрационной очистки рабочего раствора ЛКМ.

Отверждение грунтовочного слоя покрытия проводится при высокой температуре 165 — 180 °C в течение 15 — 30 мин. Перед сушкой для удаления остатков воды проводят обдув горячим воздухом (100 °C).

2.1.3 Защита днища кузова и сварных швов

Нанесение мастики на сварные швы внутри кузова проводят на специальных площадках с применением распылительного оборудования для нанесения высоковязких ЛКМ.

Нанесение противошумной мастики на днище кузова проводят в окрасочных камерах с помощью установок безвоздушного распыления для высоковязких материалов.

ЛКМ представляют собой пластизоли на основе ПХВ и битумные мастики.

2.1.4 Нанесение промежуточной грунтовки

Нанесение промежуточной грунтовки проводят для:

• выравнивания поверхности и подготовки к нанесению внешнего слоя покрытия;
• обеспечения хорошей адгезии и достижения необходимой толщины покрытия;
• защиты от ударов камнями;
• защиты первичного слоя покрытия от действия внешних факторов окружающей среды.

В отечественной практике в качестве промежуточного слоя используется эпоксиэфирная грунтовка, содержащая органические растворители. В зарубежной практике используются также водно-дисперсионные грунтовки.

Нанесение грунтовки на внешнюю поверхность проводят обычно электростатическим распылением высокооборотными распылителями. Внутри салона грунтовку наносят ручным пневматическим распылением. Наносят, как правило, два слоя грунтовки «мокрый по мокрому» с межслойной выдержкой в течение 2 — 3 мин. Сушку мастики и промежуточной грунтовки проводят в сушильной установке при температуре 130 — 150 °C в течение 20 мин. После охлаждения проводят мокрое шлифование в бескамерных установках с гидрофильтрами, промывку шлифовочной пыли в камерах мойки и сушку от влаги.

2.1.5 Нанесение верхнего (финишного) покрытия

После охлаждения и обеспыливания поверхности проводят нанесение верхнего слоя покрытия в два слоя «мокрый по мокрому». В отечественной практике используются меламиноалкидные и отверждаемые изоцианатами полиакрилполиольные ЛКМ, в зарубежной — полиакриловые и полиэфирные ЛКМ и водоразбавляемые ЛКМ. В отечественной практике для нанесения верхнего слоя покрытия используется метод пневматического распыления, в зарубежной — метод электростатического распыления высокооборотными распылителями с подкраской пневматическим распылением в труднодоступных местах. Сушку покрытия проводят при 130 — 140 °C в течение 35 — 50 мин.

При окрашивании ЛКМ типа «металлик» сначала наносится базовое покрытие, затем двухслойное лаковое покрытие «мокрый по мокрому». Используются полиакриловые ЛКМ.

На европейских автомобильных заводах для сокращения выбросов ЛОС используют ЛКМ с пониженным содержанием ЛОС, эффективную сухую и мокрую очистку выбрасываемого из окрасочной камеры загрязненного воздуха, термическую очистку воздуха сушильных камер. Для сокращения сточных вод используют противоточные системы промывки и тщательную обработку их на установках по очистке сточных вод. Для снижения выбросов сточных вод из окрасочных камер используют методы окрашивания, дающие минимальные потери ЛКМ и эффективные коагулянты для ванн окрасочных камер. На отечественных автомобильных заводах используется сжигание отходящих из сушильных камер воздуха, загрязненного растворителем.

2.2 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания грузовых автомобилей и автобусов

Подготовка поверхности к окрашиванию включает в себя очистку, обезжиривание с последующим фосфатированием и пассивацией поверхности. Применяют процессы, используемые для подготовки поверхности к окрашиванию легковых автомобилей. Предварительная обработка поверхности водными составами обсуждается в справочнике НДТ «Процессы обработки поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов».

Допускается взамен химической обработки применение фосфатирующих грунтовок по очищенной от жировых загрязнений поверхности.

Металлические поверхности кабин, оперенья и топливных баков должны быть загрунтованы. Внутренние поверхности кабин, закрываемые обивкой, должны быть загрунтованы. Наружные поверхности кабин, оперенья и топливных баков после грунтования должны быть окрашены защитно-декоративными эмалями в два слоя. Допускается окрашивать топливные баки в два слоя без грунтовки или в один слой по грунтовке. Для защиты днища кабин и крыльев от коррозии, истирания и шума используются мастики и пластизоли. Допускается окрашивать поверхности крыльев в два слоя эмалями по грунтовке без применения мастик.

Деревянные детали и узлы платформы окрашиваются эмалями в два слоя без грунтовки или в один слой по грунтовке.

Металлические платформы, сборочные единицы и детали платформ окрашиваются в слои по грунтовке. Допускается окрашивать их в два слоя грунт-эмалевыми составами. Внутренняя поверхность металлических платформ автомобилей-самосвалов окрашивается в один слой без грунтовки.

Ободья и диски колес в сборе, кольца колес, радиаторы и рессоры, рамы автомобиля, воздушные баллоны, мосты, карданные валы, амортизаторы, детали рулевого управления и другие детали шасси окрашиваются водоразбавляемыми грунтовками или эмалями в один слой. Допускается применение окрашивания порошковыми ЛКМ.

Указанные ранее детали, кроме деталей радиаторов из цветных металлов, для грузовых автомобилей для Министерства обороны окрашиваются в один слой по грунтовке или в два слоя без грунтовки лакокрасочными материалами с защитными свойствами.

Стальные и чугунные отливки должны быть загрунтованы.

Окрашивание наружной поверхности двигателя проводится в один слой по загрунтованной поверхности. Окрашивание осуществляют после сборки двигателя. Штампованные детали и детали двигателя также окрашиваются в один слой.

Для грунтования поверхностей используются алкидные грунтовки, водоразбавляемые грунтовки и эмали. Водоразбавляемые грунтовки и эмали разделяются на два типа:

• наносимые электроосаждением;
• наносимые распылением, окунанием или струйным обливом.

Для окрашивания кабин и кузова автобуса используются две системы лакокрасочного покрытия.

Первая система предусматривает нанесение ЛКМ:

• электроосаждением (содержание растворителя — 8% масс.);
• двухслойного финишного покрытия эмалями (содержание растворителя — не менее 45% масс. — 55% масс.).

Вторая система предусматривает нанесение ЛКМ:

• распылением, окунанием, струйным обливом (содержание растворителя — 15% масс.);
• двухслойного финишного покрытия эмалями (содержание растворителя — не менее 45% масс. — 55% масс.).

Допускается система нанесения ЛКМ:

• распылением (содержание растворителя — не менее 55%);
• двухслойного финишного покрытия эмалями (содержание растворителя — не менее 45 — 55% масс.).

Детали шасси, как правило, загрунтовывают водоразбавляемыми материалами: с содержанием растворителей 5 — 10% — методом электроосаждения, с содержанием растворителей 10 — 15% — методом распыления, окунания; порошковыми материалами или органорастворимыми грунтовками (содержание растворителя — 45 — 55%) — методом ручного распыления из-за различий в размерах и конфигурации изделия. Лакокрасочные материалы наносятся пневматическим или безвоздушным распылением.

Технологические схемы окрашивания кабины приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Технологическая схема окрашивания кабины грузового автомобиля

При окрашивании деталей шасси водоразбавляемыми материалами используется технологическая схема, аналогичная применяемой при окрашивании кабины (поз. 1 — 38). При окрашивании органорастворимыми материалами подготовку поверхности производят обезжириванием вручную, затем производят окрашивание грунт-эмалями на эпоксидно-перхлорвиниловой основе в два слоя методом безвоздушного или пневматического распыления в окрасочных камерах. Сушку каждого слоя проводят при 60 — 80 °C.

При окрашивании автобусов после нанесения первичного слоя лакокрасочного покрытия проводят операции по герметизации швов и защите днища специальными составами. В остальном технология окрашивания существенно не отличается от технологии окрашивания кабин грузового автомобиля. В качестве грунтовки используют эпоксидную или полиуретановую, для покрывных слоев — полиуретановые эмали. Порошковое окрашивание применяется исключительно для обработки поверхности поручней салона автобуса.

В таблице 2.4 показан расход материалов при окрашивании грузовых автомобилей и автобусов [22].

Таблица 2.4

Расход материалов

Расход зависит от марки применяемого ЛКМ.

Вода при обработке поверхности используется при:

• подготовке поверхности к окрашиванию;
• электроосаждении;
• очистке вытяжного воздуха окрасочной камеры.

Расход воды при окрашивании грузовых автомобилей по данным [22] составляет 35 — 80 л/м2.

Данные по потреблению электроэнергии в РФ при производстве грузовых автомобилей и автобусов отсутствуют. По данным [22], расход электроэнергии при использовании природного газа на производство окрасочных работ составляет 0,7 — 1 нм3/м2 окрашенной поверхности.

Для снижения уровня загрязнений окружающей среды в Европе используют лакокрасочные материалы:

• водоразбавляемые для электроосаждения (5% растворителя);
• водоразбавляемые грунтовки (8% растворителя), наносимые методом электростатического распыления;
• покрывные материалы с высоким сухим остатком (45% растворителя) и водоразбавляемые материалы (13% растворителя), наносимые пневматическим распылением.

2.3 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания железнодорожных средств

Технологические процессы получения покрытий железнодорожных транспортных средств можно разделить на два вида: окрашивание новых вагонов и операции технического обслуживания, включающие ремонтное перекрашивание вагонов. Системы лакокрасочных покрытий в обоих случаях одинаковые.

Технологический процесс окрашивания пассажирских и грузовых вагонов включает стадии, перечисленные в таблице 2.5, ремонтного окрашивания пассажирских вагонов — в таблице 2.6.

Таблица 2.5

Технологический процесс окрашивания грузовых и пассажирских вагонов

Таблица 2.6

Технологический процесс ремонтного окрашивания пассажирских вагонов

Для грунтования и окрашивания поверхности вагонов используются алкидные, алкидно-уретановые, фенольные, эпоксидные, полиакриловые, полиуретановые, водно-дисперсионные материалы. Деревянные поверхности внутренних помещений окрашиваются алкидными и водно-дисперсионными материалами. Для окрашивания поверхностей, мебели, дверей из алюминия применяют также окрашивание порошковыми полимерными ЛКМ. Для окрашивания аккумуляторных ящиков используются эпоксидные и хлорвиниловые ЛКМ. Окрашивание производится в соответствии с отраслевой документацией ВНИИЖТ [15, 16].

Площадь окрашивания вагонов составляет от 240 до 300 м2 и выше.

Расход материалов для окрашивания вагонов приведен в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Расход материалов для окрашивания вагонов

Окрасочные камеры для нанесения ЛКМ на вагоны выбрасывают в атмосферу от 200 тыс. м3/ч загрязненного воздуха. Концентрация ЛОС в выбрасываемом в атмосферу воздухе при грунтовании поверхности может достигать 160 — 250 мг/м3, при окрашивании алкидными эмалями — 170 — 330 мг/м3, эпоксидными эмалями — 170 — 250 мг/м3.

Для снижения уровня загрязнения окружающей среды рекомендуется:

• использование водно-дисперсионных материалов (8% масс. растворителя);
• использование покрывных материалов с высоким сухим остатком (45% масс. растворителя);
• эффективная очистка выбрасываемого воздуха окрасочной камеры;
• термическое окисление выбрасываемого воздуха от сушильных камер.

2.4 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания сельскохозяйственной техники

Из-за многообразия сельхозтехники по назначению существует многообразие технологических схем окрашивания, общей из которых является:

• подготовка к окрашиванию;
• нанесение и сушка грунтовочного покрытия;
• нанесение не менее двух слоев материалов внешнего слоя и их сушка.

Поверхность из черных металлов толщиной до 3 мм обрабатывают (подготавливают), как и в автомобильной промышленности, водными составами с получением фосфатных слоев. Но допускается взамен фосфатирования применение фосфатирующих грунтовок, ингибиторов коррозии, модификаторов ржавчины и модификаторов, повышающих пассивирующие свойства ЛКМ.

Из-за сложности конфигурации и больших площадей окрашивания используют практически все методы окрашивания: пневматическое и безвоздушное распыление, электроокрашивание, струйный облив и окунание. Окрашивание проводят как на конвейерных линиях, включающих окрасочные и сушильные камеры проходного типа, так и в тупиковых окрасочно-сушильных камерах.

Существуют ограничения по сушке покрытий изделий в сборе.

Данные по потреблению материалов, электроэнергии и выбросам загрязняющих веществ отсутствуют из-за многообразия обрабатываемых поверхностей изделий.

В зарубежной практике [30] современными доступными технологиями предусматривается:

• замена традиционных ЛКМ на ЛКМ с высокой массовой долей нелетучих веществ, на водно-дисперсионные и водоразбавляемые ЛКМ;
• применение рецептур ЛКМ без вредных загрязнений воздуха;
• минимизация количества ЛОС;
• оптимальная совместимость методов нанесения;
• получение качественных покрытий при меньших затратах.

Например, на линии окрашивания картофелекопалок на одном из европейских заводов уже с 1995 г. изделия окрашиваются методом окунания с последующим нанесением порошкового ЛКМ. В 2003 г. железофосфатирование заменено на цинкфосфатирование, а грунтование окунанием — на толстослойное (до 45 мкм) катафорезное грунтование. На некоторых заводах линии окрашивания сельхозмашин аналогичны линиям окрашивания легкового автомобиля.

Проблема энергосбережения за рубежом решается за счет рациональной загрузки окрасочной линии, использования диагональных вентиляционных систем в окрасочных и сушильных камерах, применения теплообменников для использования регенерированного тепла, например для нагрева ванн подготовки поверхности, регенерации тепла сушильных камер, применения специальных раздвижных ворот для наибольшего сохранения тепла.

В России экономия электроэнергии в основном решается за счет применения энергосберегающих ЛКМ. К таким материалам относятся алкидно-уретановые, алкидно-акриловые, полиуретановые, акрилполиолизоцианатные ЛКМ ускоренной сушки.

Снижение выбросов ЛОС возможно за счет применения материалов с повышенным содержанием сухого остатка, грунт-эмалевых ЛКМ, наносимых в два слоя взамен трехслойного покрытия, порошкового окрашивания. Там, где это возможно, использование электростатического распыления.

Наиболее прогрессивными технологиями окрашивания сельхозтехники являются технологии с катафорезным грунтованием и окрашивания порошковыми ЛКМ.

Применение порошковой технологии при окрашивании сельхозтехники отвечает экологической безопасности производства, позволяет значительно сократить производственные площади под окраску за счет однослойного нанесения, обеспечивает получение долговечного покрытия с высокой износостойкостью и стойкостью к агрессивным средам. Особенно пригодна эта технология для окрашивания почвообрабатывающего и животноводческого оборудования, а также оборудования для производства кормов.

2.5 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания электродвигателей

Технология обработки поверхности электродвигателей включает обезжиривание поверхности, как правило, ручным способом с использованием органических растворителей.

Многообразие деталей, а также климатических исполнений электродвигателей предполагает использование различных схем окрашивания, которые реализуются на различных окрасочных участках производства с использованием различного набора оборудования, как проходного, так и тупикового вида.

При окраске кожуха электродвигателя и других деталей из стали, станины и других деталей из чугуна сначала проводят грунтование поверхности алкидными и/или фенольными грунтовками, затем проводят окрашивание алкидными, меламиноалкидными и эпоксидными эмалями. При окрашивании вентилятора и других деталей из алюминия проводят грунтование фенолалкидными грунтовками для цветных металлов, затем проводят окрашивание алкидными, меламиноалкидными и эпоксидными эмалями. После сборки электродвигателя проводят повторное окрашивание эмалями.

Замена ручного обезжиривания на химическую подготовку поверхности к окрашиванию водными составами позволит автоматизировать процесс и сократить выбросы ЛОС.

Применение грунт-эмалевых ЛКМ на алкидно-уретановой и эпоксидно-хлорвиниловой основе взамен алкидных, меламиноалкидных и чисто эпоксидных материалов позволит снизить потребление электроэнергии и выбросы ЛОС при производстве покрытий за счет снижения количества слоев наносимого материала и исключения горячей сушки за счет возможности формирования таких материалов в естественных условиях.

Многообразие деталей, модификаций и размеров электродвигателей предполагает проведение технологического процесса окрашивания как на конвейерной линии, так на оборудовании тупикового типа.

Перспективный энергосберегающий технологический процесс окрашивания электродвигателей алкидно-уретановыми ЛКМ представлен в таблицах 2.8, 2.9.

Таблица 2.8

Типовой технологический процесс окрашивания электродвигателей на конвейерной линии или на оборудовании периодического действия

Таблица 2.9

Окрашивание изделий в сборе на оборудовании тупикового типа

Применение алкидно-уретановых ЛКМ позволяет ускорить процесс сушки лакокрасочного покрытия, унифицировать процесс окраски электродвигателя и сократить площади, занимаемые окрасочным производством.

2.6 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания станков, кузнечно-прессовых и литейных машин

Очистку поверхностей литых деталей проводят дробеметно-дробеструйным способом. Обезжиривание крупногабаритных изделий сложной конфигурации, а также сборочных единиц, с поверхности которых трудно удалить остатки водных обезжиривающих составов, проводят органическими растворителями (уайт-спирит, нефрас 150 — 200 и др.). Обезжиривание остальных поверхностей проводят водными щелочными составами или эмульсиями.

Современный процесс окраски на конвейерных линиях осуществляется на станкостроительных заводах в два этапа:

• окрашивание чугунных деталей станков до механической обработки;
• окрашивание собранных станков.

Чугунные детали поступают на станкостроительные заводы с нанесенным слоем алкидной грунтовки. Детали непрерывно перемещаются конвейером в агрегат для щелочного струйного обезжиривания, где с поверхности удаляются масляные, жировые и другие загрязнения. Струйная очистка осуществляется в щелочном растворе кальцинированной соды с температурой 80 — 90 °C под давлением 0,2 — 0,25 МПа.

После сушки чугунные детали окрашиваются эмалями. При необходимости проводят шпатлевание нитроцеллюлозной шпатлевкой. После сушки проводят мокрое шлифование зашпатлеванной поверхности с применением уайт-спирита, который незначительно размягчает нитрошпатлевку и улучшает качество шлифования. После шлифования наружную поверхность детали вытирают насухо поролоновой губкой и подают деталь в окрасочную камеру для окраски эмалью.

Собранные станки сначала обезжиривают вручную уайт-спиритом. После обезжиривания и сушки шлифуют поврежденные места, которые образовались при сборке станка. Если при шлифовке оголяется металл, то на это место наносят акриловую быстросохнущую грунтовку. При необходимости проводят шпатлевание и шлифование поверхности. Затем изделия в сборе окрашивают двумя слоями эмали с сушкой каждого слоя. Метод окрашивания — безвоздушное или пневматическое распыление.

В таблице 2.10 приведены применяемые при окрашивании материалы и растворители.

Таблица 2.10

Применяемые ЛКМ и растворители

Данные по расходу материалов и электроэнергии отсутствуют.

2.7 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений

Подготовка к окрашиванию состоит из следующих основных операций:

• устранение дефектов поверхности;
• удаление масляных и жировых загрязнений;
• удаление прокатной окалины и продуктов коррозии;
• удаление прочих загрязнений (солей, пыли, остатков абразива и т.п.).

Для удаления жировых загрязнений используется обезжиривание как органическими растворителями, так и водными моющими растворами. Для изделий, эксплуатируемых в жестких и особо жестких условиях, широко применяют фосфатирование.

Для удаления окалины и продуктов коррозии используется также травление окунанием, нанесением или распылением травильными растворами. Травление растворами ортофосфорной кислоты является наиболее рекомендуемым процессом. Образующаяся в процессе обработки поверхности металла пленка фосфата железа способствует лучшей адгезии и коррозионной стойкости лакокрасочного покрытия.

В заводских условиях наиболее часто используют дробеметный или пескоструйный способ очистки для удаления грязи и окалины.

Допускается также применение грунтовок — модификаторов ржавчины, которые наносятся на конструкции, с поверхности которых не представляется возможным или технически затруднено полное удаление продуктов коррозии, включая окалину.

В технологии окрашивания механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений грунтование проводят в заводских условиях, окрашивание — после монтажа изделия на месте эксплуатации. На заводах грунтовку наносят тонкой пленкой (20 — 30 мкм) на подготовленную абразивным способом сталь, чтобы обеспечить временную защиту от коррозии на время механической обработки, транспортировки, монтажа и хранения стальных конструкций. На заводскую грунтовку наносится окончательная система ЛКМ, которая, как правило, включает еще один дополнительный грунтовочный слой.

В качестве заводской грунтовки используют быстросохнущие материалы с высокими механическими свойствами, позволяющими проводить сварочные работы и резку окрашенной стали: алкидные, поливинилбутиральные, эпоксидные, цинкнаполненные эпоксидные или силикатные.

В таблице 2.11 приведены данные по сочетаемости заводских грунтовок с грунтовками, наносимыми после монтажа конструкции.

Таблица 2.11

Сочетаемость ЛКМ с заводскими грунтовками

ЛКМ наносятся ручным, безвоздушным или пневматическим распылением.

В таблице 2.12 приведено содержание растворителей в ЛКМ, применяемых для окрашивания металлоконструкций.

Таблица 2.12

Содержание растворителей в составе ЛКМ для окрашивания металлоконструкций

Данные по расходу материалов, растворителей и электроэнергии отсутствуют.

Снижение выбросов ЛОС возможно при применении толстослойных грунт-эмалевых покрытий, материалов с высоким сухим остатком, двухкомпонентных, не содержащих растворителя материалов.

2.8 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания рулонного металлопроката (койл-коатинг)

Технология окрашивания рулонного металлопроката независимо от типов применяемых подложки (оцинкованная, холоднокатаная сталь, алюминий и его сплавы) и ЛКМ включает следующие этапы:

• размотка металлической ленты;
• предварительная обработка поверхности;
• сушка;
• окрашивание обратной стороны металлической поверхности грунтовкой и эмалью;
• сушка;
• нанесение эмали на лицевую и обратную сторону ленты;
• сушка;
• сматывание металлической ленты.

Скорость окрашивания ленты варьируется от 5 до 150 м/мин, длина окрасочной линии — от 80 до 250 м.

Экономические преимущества этого метода обработки поверхности:

• низкий расход ЛКМ и растворителя вследствие применения эмалей с высоким содержанием сухого вещества;
• высокая производительность окрасочной линии;
• сокращение производственных площадей и энергозатрат;
• исключение потерь ЛКМ и растворителей по сравнению с окрашиванием распылением.

Технологические преимущества:

• одновременное нанесение слоя ЛКМ с двух сторон;
• равномерная толщина покрытия на всей площади листа;
• улучшенные защитные свойства покрытия;
• возможность полной автоматизации технологических стадий;
• высокое качество окрашенных покрытий.

Экологические преимущества:

• испаренный растворитель на действующих предприятиях РФ дожигается до углекислоты, а выделенное тепло возвращается обратно в сушильную камеру;
• нет необходимости дополнительно окрашивать готовое изделие после его изготовления или монтажа.

При подготовке к окрашиванию проводят двойное обезжиривание поверхности листа в специальных ваннах с применением вращающихся щеток с последующей двойной промывкой чистой водой распылением форсунками. Затем проводят пассивацию поверхности листа специальными хроматирующими растворами с последующей сушкой горячим воздухом.

Нанесение грунтовки и эмали проводят валковым методом (окрасочными валками). Сушка осуществляется в сушильных печах при заданной температуре. После сушки проводят охлаждение либо воздушное, либо с использованием закрытой водяной системы охлаждения.

В таблице 2.13 приведены типичные серийно-выпускаемые органорастворимые ЛКМ для окрашивания методом «койл-коатинг».

Таблица 2.13

Типичные промышленно-применяемые ЛКМ для «койл-коатинга» [22]

В таблице 2.14 приведены европейские данные по использованию ЛКМ в 1993 и 2002 гг.

Таблица 2.14

Потребление органорастворимых ЛКМ [22]

Источником загрязнения атмосферы растворителями являются следующие стадии: нанесение ЛКМ (8%), сушка (90%) и формирование покрытия (2%) [22].

Для снижения выбросов ЛОС применяют термическую очистку выбрасываемого воздуха.

2.9 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания судов

Подготовку поверхности к окрашиванию на судостроительных заводах проводят с помощью механического, дробеструйного, гидроструйного или струйно-абразивного оборудования. При ремонте судовых стальных конструкций, когда невозможно полное удаление продуктов коррозии механизированными средствами очистки, допускается применение модификаторов (преобразователей) ржавчины. Для поверхностей надводного борта, надстроек, металлических палуб, грузовых трюмов используются эпоксидные модификаторы ржавчины. В отдельных случаях для удаления старых ЛКМ применяются смывки.

В таблице 2.15 приведены характеристики ЛКМ для грунтования поверхности судов.

Таблица 2.15

Грунтовки судовые

В таблице 2.16 приведены ЛКМ, применяемые для окрашивания подводной части судна и района ПВЛ.

Таблица 2.16

Лакокрасочные материалы для окрашивания подводной части судна и района ПВЛ

В таблице 2.17 приведены ЛКМ, применяемые для окрашивания наружных надводных поверхностей.

Таблица 2.17

ЛКМ для окрашивания надводных поверхностей

Толщина системы покрытий подводной части на корпусе судов, включая противообрастающее, составляет от 500 до 1000 мкм.

В таблице 2.18 приведены ЛКМ, применяемые для окрашивания открытых палуб. Покрытия должны быть износостойкими и обладать противоскользящими свойствами. Для придания палубным покрытиям нескользящих свойств в некоторых случаях вводят противоскользящие добавки, такие как песок или электрокорунд.

Таблица 2.18

ЛКМ для открытых палуб

В таблице 2.19 приведены ЛКМ, применяемые для окрашивания внутренних помещений, в таблице 2.20 - внутренних поверхностей вспомогательного оборудования, декоративной отделки лаком, и материалы, применяемые в качестве шпатлевки для выравнивания неровностей деревянной и металлической поверхности.

Таблица 2.19

ЛКМ, применяемые для окрашивания внутренних помещений

Таблица 2.20

ЛКМ для окрашивания внутренних поверхностей

Данные по расходу материалов и электроэнергии отсутствуют.

Процессы окрашивания судов, как правило, проводят на открытом воздухе, в сухих доках, в открытых ангарах или на набережных. Образующиеся в результате окраски загрязняющие вещества выбрасываются в окружающую среду. В зависимости от погодных условий загрязняющие вещества могут распространяться на несколько километров.

При строительстве новых судов для уменьшения загрязнения окружающей среды окрасочные работы проводят в закрытых помещениях, снабженных вытяжной вентиляцией с фильтрами от пыли.

Уменьшить выбросы пыли на открытом воздухе возможно путем использования мобильных устройств для очистки воздуха, закрытия места проведения окрасочных работ брезентом.

В судостроении для нанесения лакокрасочных покрытий используется в основном метод безвоздушного распыления, нанесение кистью и валиком. С целью защиты окружающей среды альтернативным методом является метод горячего безвоздушного распыления материалов. Однако ассортимент ЛКМ для горячего распыления незначителен.

При окрашивании в помещениях, снабженных вытяжными вентиляционными устройствами, эффективно для очистки воздуха от растворителей использовать фильтры из активированного угля.

Отходы производства (органические растворители, красочный шлам, загрязненные контейнеры, кисти, валики, загрязненные фильтры, остатки масел и др.) подлежат утилизации путем захоронения.

С целью защиты окружающей среды наиболее перспективны технологии с применением материалов с высокой массовой долей нелетучих веществ, водно-дисперсионных и водоразбавляемых ЛКМ. Однако имеются ограничения по применению водоразбавляемых материалов в зимний период. Водоразбавляемые материалы применяют в основном для окрашивания интерьеров судов. Для внешнего окрашивания они не нашли применение.

2.10 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания самолетов

Перечень материалов и растворителей для авиации приведен в таблице 2.21.

Таблица 2.21

ЛКМ для авиации

Отечественные ЛКМ наносятся кистью, валиком, пневматическим и безвоздушным распылением. За рубежом наиболее часто используется метод электростатического распыления.

Подготовку поверхности перед окрашиванием проводят либо щелочным обезжириванием, либо ручным обезжириванием органическими растворителями.

В связи с высокими требованиями по коррозионной защите как в РФ, так и за рубежом, применяют грунтовки, содержащие хромат стронция или цинка, несмотря на высокое содержание в них растворителей.

Детали самолетов частично окрашиваются перед монтажом. Как правило, загрунтованные детали окрашивают одним слоем финишной эмали. Площадь поверхности деталей примерно в четыре раза больше, чем внешняя поверхность самолета.

На внешнюю поверхность, окрашенную антикоррозионной грунтовкой, наносят два слоя промежуточной грунтовки, затем окрашивают двумя слоями эмали. При применении алкидно-акриловых, акриловых и хлорвиниловых ЛКМ в качестве материала финишного слоя дополнительно наносят соответствующие атмосферостойкие лаки.

Двери, ворота, колодцы колес, зоны хранения грузов дополнительно защищают воскообразными составами.

При техническом обслуживании самолета старое ЛКП с внешней поверхности удаляют (в т.ч. смывками, содержащими органические растворители) и проводят местное химическое оксидирование поверхности. При окрашивании используют двухслойное покрытие эпоксидной грунтовкой с последующим нанесением эпоксидной или уретановой эмали.

Нанесение ЛКП на внешнюю поверхность самолета занимает до восьми дней. Наибольшее количество ЛКМ расходуется на окрашивание отдельных деталей.

В таблицах 2.22 и 2.23 приведены данные по расходу материалов для окрашивания самолета на 150 пассажирских мест.

Таблица 2.22

Окрашиваемые поверхности пассажирских самолетов

Таблица 2.23

Расход ЛКМ для окрашивания пассажирских самолетов

В таблице 2.24 приведены данные по выбросу ЛОС при окрашивании площади 2780 м2 во время технического обслуживания самолета.

Таблица 2.24

Выбросы органических растворителей при техническом обслуживании площади окрашивания 2780 м2

В таблице 2.25 приведены сравнительные данные отечественных и зарубежных технологий окрашивания по содержанию органических растворителей.

Таблица 2.25

Содержание ЛОС (органические растворители)

Недостатками отечественных технологий являются:

• отсутствие материалов с высокой массовой долей нелетучих веществ;
• невозможность нанесения значительной доли ЛКМ методом электростатического распыления.

При проведении окрасочных работ обычно не применяется оборудование для очистки выбрасываемого воздуха из-за большого объема (до 450 000 м3/ч) и низкой концентрации ЛОС в выбрасываемом воздухе.

В зарубежной практике для защиты окружающей среды от загрязнений применяют:

• ЛКМ с высокой массовой долей нелетучих веществ с содержанием растворителя не более 30% — 43% (выбросы ЛОС могут быть снижены на 30%) [22];
• замену грунтовки, содержащей 6-валентный хром, на бесхроматную грунтовку с такими же высокими антикоррозионными свойствами;
• автоматизацию окрасочного производства, позволяющую снизить объем выбрасываемого воздуха;
• использование системы Вентури в гидрофильтрах взамен каскадных гидрофильтров.

2.11 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания оборудования и металлоконструкций нефтегазовой промышленности

2.11.1 Технологический процесс подготовки поверхности резервуаров

При окрашивании наружных поверхностей резервуаров подготовку поверхности к окрашиванию проводят двумя способами.

При окрашивании резервуаров без вывода их из эксплуатации проводят гидроабразивную обработку с последующей промывкой водой для удаления абразива и обдувом горячим воздухом для удаления влаги и осушки поверхности.

Для реконструируемых и вновь вводимых резервуаров проводят абразивную обработку с удалением абразива и обдувом воздухом для удаления пыли. При наличии видимых следов масла перед очисткой удаляют жировые загрязнения волосяной щеткой, смоченной уайт-спиритом. После обезжиривания поверхность осушивают до полного удаления паров растворителя.

Очистку сварных швов и труднодоступных мест осуществляют ручными механизированными щетками или другими инструментами.

При очистке внутренней поверхности резервуаров проводят частичное обезжиривание (при необходимости), абразивную обработку и обеспыливание с помощью вакуумной системы отсоса пыли.

При окрашивании внутренней и наружной поверхности тонкопленочными покрытиями применяют высоковязкие эпоксидные ЛКМ, наносимые в 1 — 2 слоя суммарной толщиной до 500 мкм.

При использовании одноупаковочных полиуретановых ЛКМ сначала наносят 2 слоя цинксодержащей грунтовки, затем 2 слоя покрывного материала. Суммарная толщина покрытия также не менее 500 мкм.

ЛКМ наносят методом безвоздушного распыления. Труднодоступные участки, кромки, углы, сварные швы предварительно окрашиваются кистью или шпателем. Каждый последующий слой наносится после отверждения предыдущего.

При окрашивании внутренней поверхности резервуаров с усилением днища и первого пояса стекловолокном сначала проводят нанесение 1 — 2 слоев тонкопленочного эпоксидного высоковязкого ЛКМ суммарной толщиной до 500 мкм на крышу, внутреннюю обвязку резервуаров и на боковую поверхность, за исключением нижнего пояса, и проводят отверждение ЛКМ. Затем проводят нанесение толстослойного слоя эпоксидного ЛКМ, усиленного стекловолокном, суммарной толщиной 2 — 2,6 мм на нижний пояс резервуара и днище [31].

Технологический процесс окрашивания включает следующие стадии:

• нанесение грунтовочного слоя, в случае если интервал между подготовкой поверхности и нанесением ЛКМ может превысить допустимый интервал;
• заделка неровностей, выравнивание соединений, сглаживание сварных швов при помощи шпатлевки и мест «стенка — днище» при помощи наполнителя (нанесение вручную);
• нанесение (приклеивание) слоя мата из рубленого стекловолокна 300 г/м2;
• нанесение эпоксидного ЛКМ при помощи валика или безвоздушным распылением;
• прикатывание поверхности «игольчатым» валиком для удаления остатков воздуха;
• отверждение слоя ЛКМ.

Затем в такой же последовательности наносится второй слой.

При нанесении третьего слоя ЛКМ используется стеклопрокладка 30 г/м2.

После шлифования поверхности для удаления выступающих частиц стекловолокна наносится покрывной слой ЛКМ и проводится его отверждение.

Используют только ЛКМ и системы покрытий, разрешенные ОАО «АК „Транснефть“ и прошедшие аттестацию в ОАО „ВНИИСТ“.»

2.11.2 Технологический процесс подготовки поверхности и окрашивания технологических сооружений и оборудования газовой промышленности

Для противокоррозионной защиты наружных металлических поверхностей используют системы покрытий:

• эпоксидная грунтовка (2 слоя) + полиуретановая эмаль (1 слой);
• эпоксидная грунтовка (1 слой) + полиуретановая эмаль (2 слоя);
• цинкнаполненная грунтовка (1 слой) + эпоксидная грунтовка (1 слой) + полиуретановая эмаль (1 слой);
• цинкнаполненная грунтовка (1 слой) + полиуретановая эмаль (2 слоя);
• полисилоксановая грунтовка (1 слой) + полисилоксановая эмаль (2 слоя);
• полиуретановая грунтовка (1 слой) + полиуретановая эмаль (2 слоя);
• эпоксидно-каучуковая грунтовка (1 слой) + полиуретановая эмаль (2 слоя);
• алкидная грунтовка (1 слой) + алкидный быстроотверждаемый материал (2 слоя);
• двухупаковочная грунт-эмаль (2 слоя);
• двухупаковочная эпоксидная грунтовка (1 слой) + двухупаковочная полиуретан-акриловая эмаль (2 слоя);
• двухупаковочная эпоксидная грунтовка (1 слой) + двухупаковочная грунт-эмаль (1 слой) + двухупаковочная акрил-уретановая эмаль (1 слой);
• эпоксидная цинкфосфатная грунтовка (1 слой) + эпоксидный состав (1 слой) + полиуретановая эмаль (1 слой);
• грунт-эмаль на основе винилового сополимера (3 слоя);
• силикон-акриловая эмаль (2 слоя);
• алкидно-уретановая эмаль (2 слоя).

Толщина покрытия — от 80 до 400 мкм.

Для защиты внутренних поверхностей используются двухупаковочные эпоксидные материалы толщиной 300 — 350 мкм.

Подготовка поверхности, как и при окрашивании резервуаров, проводится абразивно-струйным методом. Материалы наносятся методом безвоздушного распыления. Сушку ЛКМ и формирование ЛКП проводят в естественных условиях в соответствии нормативной документацией на ЛКМ. Используются только материалы, разрешенные ПАО «ГАЗПРОМ».

Данные по расходу материалов и электроэнергии отсутствуют.

2.12 Технологический процесс окрашивания оборудования и металлоконструкций химических производств

На химических производствах задействовано огромное количество различных типов оборудования: аппараты, машины, транспортные средства. Химическое оборудование защищают, как правило, несколькими способами:

• выполняют футеровку — делают защитную внутреннюю облицовку аппаратов;
• формируют покрытия — резиновые, полимерные, лакокрасочные;
• окрашивают оборудование ЛКМ;
• выполняют изоляцию стеклопластиком.

Технология окрашивания оборудования зависит от условий эксплуатации. Различают 4 группы химстойких лакокрасочных покрытий:

• стойкие в агрессивных газах и парах;
• стойкие в растворах кислот и кислых солей;
• стойкие в растворах щелочей и основных солей;
• стойкие в растворах нейтральных солей.

В таблице 2.26 приведены рекомендуемые покрытия, эксплуатируемые в различных средах.

Таблица 2.26

Химстойкие лакокрасочные покрытия

Антикоррозионная защита оборудования химстойкими ЛКМ используется также в целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве вин и фруктовых соков, в кукурузнокрахмальном и дрожжевом производствах, мясомолочной промышленности, при производстве вискозного волокна, в табачно-ферментационном производстве.

Из-за многообразия оборудования химических производств по назначению существует многообразие технологических схем окрашивания, общей из которых является:

• подготовка к окрашиванию;
• нанесение и сушка 1 — 3 слоев грунтовочного покрытия;
• нанесение не менее 2 — 6 слоев материалов финишного слоя и их сушка.

Подготовка поверхности к окрашиванию осуществляется обезжириванием растворителями и механической очисткой для придания необходимой шероховатости поверхности.

В таблице 2.27 приведены данные по содержанию ЛОС в химстойких ЛКМ, применяемых для защиты оборудования и металлоконструкций в химических производствах.

Таблица 2.27

Содержание ЛОС в химстойких ЛКМ

Данные по расходу материалов и электроэнергии отсутствуют.

ЛКМ имеют высокое содержание ЛОС и были разработаны для защиты оборудования и металлоконструкций в химических производствах в 70 — 80-е гг. прошлого столетия. Применение современных материалов с высокой массовой долей нелетучих веществ или ЛКМ, не содержащих растворителей, не только сохраняет окружающую среду, но и позволяет получать толстые беспористые покрытия с малой усадочной деформацией. Эти материалы быстро отверждаются, имеют повышенную химическую стойкость.

Раздел 3 Оборудование окрасочных производств и факторы воздействия на окружающую среду

3.1 Оборудование очистки

3.1.1 Оборудование механической очистки

К методам механической подготовки поверхности к окрашиванию относится ее обработка:

• ручным или механизированным инструментом с помощью проволочных стальных щеток, шаберов, шарошек, скребков, зубил, абразивных кругов или полотен;
• абразивным насыпным материалом, воздействующим на изделия в галтовочных или вибрационных барабанах;
• струей абразивного материала, выбрасываемого на поверхность с большой скоростью из гидропескоструйных, дробеструйных, дробеметных и других установок.

Ручные инструменты используют при небольшом объеме работ для механической очистки поверхности сложной конфигурации или небольших участков поверхности от окалины, ржавчины, грязи. К ручным инструментам относятся проволочные стальные щетки, скребки, зубила, шпатели, молотки и др. Механизированный инструмент используют для очистки сравнительно больших поверхностей, когда работа ручным инструментом нерациональна.

Галтовочные барабаны предназначены для очистки и профилирования поверхности мелких деталей.

Наиболее широко распространены методы очистки с использованием аппаратов струйного действия. Принцип их действия основан на сообщении кинетической энергии частицам абразивного материала и их направленной подаче на очищаемое изделие струей сжатого воздуха, воды или за счет действия центробежных сил.

В европейских странах в качестве абразива при механической очистке используют сухой лед, предварительно измельченный прямо в установке. Достоинство такой технологии заключается в отсутствии необходимости утилизации абразивного материала, так как он испаряется.

В таблице 3.1 приведены абразивные материалы, их характеристики и области применения; в таблице 3.2 - потребление сжатого воздуха и абразива.

Таблица 3.1

Сравнение абразивных материалов

Таблица 3.2

Потребление сжатого воздуха и абразива [32]

В процессе струйной обработки поверхности гранулы абразива расщепляются на микрочастицы и в виде пыли долгое время остаются в окружающем воздухе.

Процесс обработки поверхности в закрытых помещениях проводится в кабинах и камерах различных размеров. Небольшие камеры обслуживаются рабочими, которые находятся вне камеры и обрабатывают изделия через проемы, продевая руки в резиновые рукава с перчатками, вмонтированными в эти проемы. В больших камерах помещаются и обрабатываемые изделия, и рабочие в специальных костюмах, обеспечивающих защиту от воздействия пыли. Процесс обработки может автоматизироваться, что позволяет очищать обрабатываемую поверхность без участия рабочего.

Кабины и камеры оборудуются мощной системой вентиляции, фильтрами и уловителями продуктов очистки и абразива. Конструкция камер должна исключать возможность распространения пыли в окружающие помещения.

Количество воздуха, отсасываемого из камеры, приведено в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Объем удаляемого из оборудования воздуха

Скорость движения воздуха в воздуховодах составляет 18 — 20 м/с.

С целью защиты окружающей среды от загрязнений воздух, удаляемый из камеры, направляется в циклон, где оседают крупные частицы пыли, поступает в увлажнительную камеру или тканевый фильтр, или фильтр из полиэфира, затем выбрасывается в атмосферу.

При применении фильтра из перфорированного листа или сетки, на который насыпан гравий с размером зерен 4 — 5 мм, площадь фильтрующей поверхности принимается из расчета 0,4 — 0,6 м3/м2/с.

В современных камерах в качестве фильтрующих элементов используется полиэфирный материал. При нагрузке на фильтр 50 — 60 м3/м2/ч степень очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха от пыли, дроби и оксидов железа составляет 99,8%.

При работе на открытом воздухе участок струйной обработки и близлежащую территорию огораживают для ограничения доступа незащищенного персонала. Пыль может разлететься на большие расстояния и в случае большой концентрации загрязнять строения и предметы, землю, воду и прочие объекты. С целью защиты окружающей среды в полевых условиях струйную обработку осуществляют под тентами, изготовленными из тяжелой ткани, винилового или прорезиненного материала. Защитные тенты широко используются на мостах, при строительстве, в резервуарах-хранилищах, кораблях и иных больших объектах. Промышленные тенты комплектуются пылесборниками и вентиляторами.

При уборке отходов после окончания работ с использованием лопат возникают огромные облака пыли. Для защиты окружающей среды при уборке пользуются вакуумным оборудованием с герметичным контейнером.

При использовании в качестве абразива песка собранные отходы подлежат утилизации. Песок повторно не используется и является источником загрязнения окружающей среды, поэтому подвергается обязательному захоронению на специально оборудованных полигонах. Использование колотой стальной дроби снимает проблему загрязнений, так как после промывки для удаления свинцовой пыли и иных токсичных загрязнений может повторно использоваться. Регенерация абразива в значительной степени уменьшает не только затраты при струйной обработке, но и уровень загрязнений.

3.1.2 Оборудование обработки растворителем

Ручное обезжиривание поверхности изделий органическими растворителями производят в производственном помещении с вытяжной вентиляцией либо в камерах с вытяжной вентиляцией, в которых предусмотрены контейнеры с растворителем и контейнеры для сбора и хранения отходов, содержащих растворители (например, загрязненных салфеток и остатков на основе растворителя).

Для очистки используют одноразовые и многоразовые салфетки. Одноразовые салфетки утилизируются путем сжигания. Многоразовые салфетки промываются в растворителе и используются повторно. Загрязненный растворитель отгоняется, а осадок сжигается.

3.2 Окрасочные камеры

Окрасочная камера — это совокупность связанных друг с другом функциональных технических компонентов, например: технической вентиляции из одного или нескольких вентиляторов, системы фильтров сухой очистки и/или системы мокрой очистки воздуха, измерительных и контрольных устройств (например, для блокировки технической вентиляции и распылительных устройств), системы нагрева воздуха технической вентиляции (например, горелки), автоматических устройств пожаротушения, предупреждающих устройств, электрического оборудования, которые соединены друг с другом в частично или полностью закрытом пространстве (ограниченном стенками) для контролируемого нанесения распылением жидких органических ЛКМ [33]. Окрасочные камеры предназначены для создания оптимальных и допустимых санитарно-гигиенических условий труда и исключения возможности образования взрыво- и пожароопасных концентраций красочного аэрозоля и растворителей в рабочих помещениях, предназначенных для окрашивания изделий методами распыления.

Различают:

• закрытые распылительные камеры — закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением входных и выходных отверстий для изделий и вентиляционных трубопроводов;
• камеры с открытой верхней стороной — закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением верхней стороны для приточного воздуха, входных выходных отверстий для изделия и выходных отверстий для выбрасываемого в атмосферу воздуха;
• камеры с открытой передней стороной — закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением входных и выходных отверстий для изделий и трубопроводов для выбрасываемого в атмосферу воздуха в боковых стенках. Открытая передняя сторона служит входным отверстием для приточного воздуха и для обслуживающего персонала.

Крупногабаритные изделия окрашивают на открытых участках, оборудованных системами вытяжной вентиляции или приточно-вытяжной вентиляции и отделенных от общего помещения легкими переносными металлическими щитами (бескамерная установка).

В таблице 3.4 приведены нормативы по количеству удаляемого воздуха из окрасочной камеры.

Таблица 3.4

Количество удаляемого воздуха из окрасочной камеры

В таблице 3.5 приведены основные типы камер, используемые в промышленности для обработки поверхности методом окрашивания распылением. Стрелками на схемах показано направление движения воздушного потока.

Таблица 3.5

Типы окрасочных камер [35]

Тип камеры	Вид транспорта	Направление воздуха: принцип действия	Схемы	Производство	Характер изделия
Тупиковая	Тележка, монорельс, поворотный круг	Поперечное		Непоточное	Мелкое
					Среднее
		Вертикальное (нижний отсос, верхний приток)			Среднее и крупное
Проходная	Подвесной конвейер	Поперечное, непрерывного и периодического действия		Поточное	Мелкое и среднее
	Напольный конвейер	Продольное, периодического действия с двухсторонним окрашиванием			Среднее и крупное
		Продольное, с частичным охватом поверхности и двухсторонним окрашиванием		Поточное и непоточное	Крупное (вагоны)
Проходная	Подвесной конвейер	Поперечное, непрерывного действия с двухсторонним окрашиванием		Поточное	Мелкое, среднее и длинное
	Подвесной и напольный конвейер	Вертикальное (нижний отсос, верхний приток), непрерывного и периодического действия			Среднее и крупное
		Вертикальное (нижний отсос), периодического действия			Крупное небольшой высоты

Для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда и защиты окружающей среды от загрязнений основным конструктивным элементом окрасочной камеры является гидрофильтр. При этом следует отметить, что в Российской Федерации в соответствии с межотраслевыми правилами по охране труда при окрасочных работах вытяжной воздух из помещений для работ с ЛКМ, местных вентиляционных систем и местных отсосов должен подвергаться очистке от аэрозолей ЛКМ «мокрым» способом в гидрофильтрах [34]. Гидрофильтры предназначены для очистки воздуха, выходящего из камеры, от красочного аэрозоля и паров растворителя (частично) многократной обработкой потока воздуха водой.

Сущность очистки отсасываемого из окрасочной камеры воздуха, загрязненного ЛКМ, состоит в том, что поток воздуха направляется либо на сплошную, постоянно падающую пленку воды, либо на водяную завесу в виде мельчайших капель воды. Сплошная пленка воды, стекающая по экрану, создает водяную завесу на пути движения красочной пыли, вызывая коагуляцию уносимого ЛКМ. В случае применения воды в виде аэрозоля улавливание происходит как за счет коагуляции, так и за счет сложных сорбционно-кинетических взаимодействий воды и частиц ЛКМ.

В зависимости от схемы контакта отсасываемого воздуха с водой гидрофильтры разделяют на три принципиально различных типа (рисунок 3.1):

• форсуночные — воздух проходит через водяную завесу в виде мельчайших капелек;
• экранные (каскадные) — воздух проходит через водяную завесу — сплошную пленку воды, стекающей по экрану;
• барботажно-вихревые — обеспечивающие интенсивное турбулентное перемешивание смеси загрязненного воздуха с водой.

Рисунок 3.1 — Типы гидрофильтров [35]

Наиболее старый тип гидрофильтра — форсуночный (см. рисунок 3.1). Ввиду небольшой эффективности улавливания загрязнений из воздушных выбросов из-за невозможности создания сплошной водяной завесы форсуночный гидрофильтр применяется совместно с краскоулавливающими решетками на входе в гидрофильтр и с сепараторами на выходе из него.

Конструкции экранных гидрофильтров унифицированы в зависимости от количества отсасываемого воздуха (от 4 до 15 м3/с) при скорости его движения в живом сечении промывного канала 5,0 — 6,5 м/с и расходе воды 2 — 3 л на 1 м3 воздуха.

В гидрофильтре типа трубы Вентури при высокоскоростном прохождении потока воздуха через местное сужение происходит тонкодисперсное распыление воды, поступающей в горловину сужающегося устройства; это приводит к образованию большой поверхности фазового контакта и более полному улавливанию каплями воды частиц ЛКМ.

В таблице 3.6 приведены параметры очистки воздуха в гидрофильтрах окрасочных камер.

Таблица 3.6

Параметры очистки воздуха

В таблице 3.7 приведены данные по расходу воды в гидрофильтрах в расчете на 1000 м3 отсасываемого воздуха.

Таблица 3.7

Расход воды

При проведении окрасочных работ в ванне гидрофильтра накапливаются отходы ЛКМ. После многократного использования вода гидрофильтра, представляющая собой высококонцентрированную коллоидную систему, должна подвергаться локальной очистке. Содержание ЛКМ в сточных водах может быть от 50 мг/дм3 до 10 г/дм3, растворителя — от 150 мг/дм3 до 16 г/дм3. Сброс воды на очистку проводят либо непрерывно, либо периодически.

Для очистки воды применяют различные коагулирующие добавки. Коагулянты дозируют непрерывно или периодически в зону интенсивного перемешивания непосредственно в ванну гидрофильтра либо в специальную емкость с гидравлическим или механическим перемешиванием. Скоагулированный ЛКМ оседает на дно или всплывает на поверхность, в зависимости от типа применяемого коагулянта, и ежедневно удаляется из оборудования.

Принципиальная схема очистки воды показана на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 — Схема очистки краскосодержащих сточных вод [36]:

1 — смеситель; 2 — отстойник; 3 — флотатор; 4 — сатуратор; 5 — фильтр

В технологии очистки воды гидрофильтров окрасочных камер могут быть использованы как традиционные коагулянты: сернокислый алюминий, гидрохлорид алюминия, хлорид алюминия, полиакриламид, сернокислое закисное окисное железо, алюмо- и железосодержащие отходы производства, так и специфические: соли магния, кальция, цинка, а также элюаты (сточные воды) Na-катионитовых фильтров водоумягчительных установок. Применение различных флокулирующих добавок позволяет увеличить эффективность осветления очищаемой воды, уменьшить дозу коагулянта.

Кроме перечисленных реагентов для очистки воды гидрофильтров получили распространение специальные многокомпонентные составы. На практике используются порошкообразные щелочные составы, содержащие гидроксид, силикат и фосфат натрия, сульфат алюминия, жидкие алюмокремниевые кислые коагулянты.

В каждом отдельном случае необходимо разрабатывать оптимальную технологию применения реагентов в зависимости от вида применяемого ЛКМ. При очистке сточных вод от ЛКМ на основе эпоксидных и алкидных смол применение хлорида и сульфата алюминия в дозированном количестве (8 — 16 мг/л) позволяет получить эффект очистки взвешенных веществ 88 — 90% и по ХПК (химическое потребление кислорода) 65 — 68%. При этом токсичность воды гидрофильтра снижается в 10 — 30 раз. Для очистки сточных вод от нитроцеллюлозных и алкидно-акриловых ЛКМ могут быть использованы составы с добавками декстрина. Эффективен щелочной состав на основе едкого натра, кальцинированной соды и полиакриламида. Реагенты могут вводиться непосредственно в ванну гидрофильтра, которая должна иметь зону повышенной турбулентности для смешения реагента с водой.

На рисунке 3.3 показана схема очистки сточных вод гидрофильтра с использованием электрофлотатора при окрашивании железнодорожных вагонов.

Р — содержание растворителя; Э — эффект очистки

Рисунок 3.3 — Технологическая схема очистки сточных вод окрасочных камер железнодорожных вагонов [37]

Электрофлотационный способ очистки позволяет достигнуть высоких показателей степени очистки сточных вод. Основными преимуществами этого метода являются: простота изготовления установки, возможность регулировать степени очистки стоков в зависимости от фазово-дисперсного состояния путем изменения только одного параметра — плотности тока, дополнительная минерализация растворимых органических соединений с одновременным обеззараживанием воды за счет образующихся на аноде продуктов электролиза — атомарного кислорода и активного хлора. Электрофлотация осуществляется при следующих параметрах:

• плотность тока — 100 — 150 А/м2;
• pH — 6 - 8,0.

Эффект очистки по ХПК — 95 — 98%, по взвешенным веществам — 98 — 99%.

Для извлечения растворителей из сточных вод за рубежом используется также вакуумная дистилляция [22]. Это испарительная система восстановления, где вакуум используется для снижения давления, позволяющего проводить перегонку при более низких температурах.

Сточные воды гидрофильтров требуют очистки перед сбросом в заводскую канализацию, так как после удаления скоагулированного осадка вода представляет смесь раствора коагулянта с растворителем ЛКМ, в которой находятся взвешенные мелкие частицы твердых фракций ЛКМ. На практике очищенная от скоагулированного осадка вода повторно используется в работе гидрофильтра в течение очень длительного срока.

Скоагулированный осадок образует отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке. Подробно с особенностями обращения с отходами можно ознакомиться в ИТС 15-2021 «Утилизация и обезвреживание отходов (кроме термических способов)» и ИТС 9-2020 «Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами».

Наиболее распространенный на предприятиях способ очистки сточных вод — флотационные методы очистки, которые подробно описаны в разделах 2, 4 ИТС 8-2022 «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях».

За рубежом в окрасочных камерах значительно шире используются сухие фильтры. В камерах с поперечным движением воздуха чаще используются сухие картонные фильтры. Фильтрующий элемент представляет собой (см. рисунок 3.4) негорючую бумагу складчатого типа (двойная складка) с отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Загрязненный ЛКМ воздух, проходя через фильтр, четыре раза меняет направление до выброса в атмосферу. При каждом изменении направления загрязненного воздуха частицы ЛКМ отбрасываются инерционными силами и прилипают к поверхности фильтра. Краскоемкость таких фильтров — от 15 до 30 кг/м2. Фильтр должен утилизироваться в соответствии с определенным классом опасности отхода в установленном порядке.

Рисунок 3.4 — Картонный инерционный фильтр [38]

При вертикальном (нижнем отсосе) движении воздуха используют синтетический фильтр из термовспененных волокон полиэфира. Коэффициент очистки от красочной пыли — от 80 до 97%.

Как правило, замена загрязненных фильтров производится каждую неделю. Загрязненные ЛКМ фильтры образуют твердые отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке (например, сжиганием).

Подаваемый в окрасочную камеру воздух фильтруется на фильтрах тонкой очистки, изготавливаемых из объемного полиэфирного волокна. Обычно их замену производят 2 раза в год. Фильтры образуют отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке.

При использовании сухих фильтров, как правило, требуются дополнительные меры для очистки от растворителей, так как весь выделившийся в процессе окрашивания растворитель поступает в окружающую среду.

При проведении окрасочных работ количество растворителя, выделяемого при окрашивании, зависит от метода окрашивания. В таблице 3.8 приведены данные по количеству выделяемых паров растворителей в окрасочной камере от общего количества растворителя в ЛКМ.

Таблица 3.8

Количество растворителя, выделяющегося при окраске

Выделяющийся при окрасочных работах растворитель загрязняет атмосферный воздух.

3.3 Сушильные камеры

Отверждение ЛКП осуществляется в естественных условиях или искусственным путем в установках, называемых сушильными камерами. Отверждение (сушка) связано с переходом жидкого ЛКМ в твердое состояние (покрытие) [39]. Отверждение может быть вызвано физическими процессами испарения растворителей, химическими процессами полимеризации или поликонденсации, либо теми и другими процессами одновременно.

Искусственная сушка ЛКП при повышенных температурах позволяет значительно сократить время, затраченное на цикл окрашивания, способствует получению более прочной пленки покрытия. Отверждение ЛКП при повышенных температурах осуществляется в сушильных камерах.

Сушильные камеры (печи) — это оборудование, в котором осуществляются процессы сушки и/или отверждения и в котором выделяются горючие вещества [40].

Применяемые в промышленности сушильные камеры классифицируются:

• по способу подачи энергии окрашиваемому изделию;
• по виду потребления энергии;
• по конструктивному исполнению.

Классификация сушильных камер приведена в таблице 3.9.

Таблица 3.9

Классификация сушильных камер для отверждения ЛКП

В промышленности наиболее широко распространены электрические и газовые сушильные камеры конвективного, терморадиационного и терморадиационно-конвективного типа, в которых отверждение ЛКП связано с использованием тепловой энергии. Перспективными и экономичными являются также радиационно-химические установки, ЛКП в которых отверждаются под действием ультрафиолетовых лучей или ускоренных электронов.

Теплоноситель для сушильных камер выбирается в зависимости от температуры отверждения ЛКП: - до 80 °C электричество, газ, пар, вода; - до 100 °C электричество, газ, пар; - более 100 °C электричество, газ.

При конвективной сушке окрашенные изделия нагреваются в результате непосредственного контакта с горячим циркулирующим воздухом или топочными газами.

Конвективные сушильные камеры отличаются простотой устройства, легкостью обслуживания, высокой надежностью в работе, высокой равномерностью нагревания окрашенных изделий сложной формы, изготовленных из разных материалов. Их недостатки: низкая производительность из-за необходимости длительного нагревания изделий, большая тепловая инерционность, низкая экономичность из-за того, что значительная часть теплоты расходуется на нагревание стен, воздуха камеры, транспортных средств, теряется с выбрасываемым наружу воздухом.

В терморадиационных сушильных камерах окрашенные изделия нагреваются за счет передачи им теплоты лучистой энергией и поглощения лакокрасочным слоем окрашенного изделия тепловых (инфракрасных) лучей. Роль воздуха в конвективном переносе теплоты невелика. Вследствие более интенсивной передачи энергии и быстрого разогрева металлической поверхности изделия продолжительность процесса сушки при терморадиационном методе нагрева по сравнению с конвективным методом уменьшается в 2 — 10 раз.

Терморадиационные сушильные камеры характеризуются простотой конструкции, малой тепловой инертностью, легкостью регулирования теплового режима. Их недостатки: невозможность обеспечения равномерного нагрева поверхности сложнопрофильных изделий; сильное влияние экранирования на нагрев, что ограничивает плотность размещения изделий на конвейере; возможное изменения оттенка покрытий на наиболее сильно облучаемых участках поверхности в результате перегрева.

В терморадиационно-конвективных сушильных камерах комбинируется лучистый нагрев с конвекцией, в результате чего повышаются КПД и равномерность нагрева окрашенных изделий. Особенно эффективно применение таких камер для отверждения покрытий на изделиях сложной конфигурации, имеющих экранированные участки поверхности. По устройству они аналогичны конвективным.

На рисунках 3.5 - 3.10 показаны основные схемы движения воздуха в сушильных камерах различного типа.

а) при использовании пара; б) при использовании газа

1 — вентилятор; 2 — короб; 3 — калорифер; 4 — вентилятор для удаления воздуха, насыщенного парами растворителя

Рисунок 3.5 — Схемы движения воздуха в проходной камере или электроэнергии

1 — инжекционная горелка; 2 — экран; 3 — ребра для равномерного нагрева панели; 4 — патрубок, снабженный шибером и соединенный с газоходом

Рисунок 3.6 — Панель ИК-излучения с газовым обогревом [35]

1 — плитки-нагреватели; 2 — металлическая сетка; 3 — алюминиевый отражатель; 4 — керамические плитки; 5 — инжекторное сопло; 6 — смесительная камера

Рисунок 3.7 — Керамический излучатель с отражателями [35]

1 — высоковольтный кабель от источника высокого напряжения; 2 — ускорительная трубка; 3 — фокусирующее устройство; 4 — система развертки пучка электронов; 5 — плоский расширительный раструб; 6 — металлическая фольга из никеля; 7, 8 — фланцы

Рисунок 3.8 — Ускоритель электронов [35]

а) схема конструкции; б) схема движения воздуха

1 — вентилятор; 2 — подвесной конвейер; 3 — транспортируемое изделие; 4 — секции излучателей; 5 — воздушная завеса; 6 — выходной тамбур; 7 — электрокалорифер; 8 — входной тамбур; 9 — воздушная завеса

Рисунок 3.9 — Терморадиационно-конвективная сушильная камера с электронагревателями [35]

1 — зона загрузки; 2 — экран биологической защиты; 3 — зона облучения; 4 — высоковольтный источник; 5 — пульт управления; 6 — фольга выходного окна раструба ускорителя; 7 — изделие на конвейере; 8 — зона разгрузки

Рисунок 3.10 — Схема установки радиационно-химического отверждения покрытий ускоренными электронами [35]

Вытяжная вентиляция сушильных камер должна обеспечивать:

• концентрацию паров растворителей не более 50% нижнего предела их взрываемости;
• отсос воздуха в количестве, равном объему смеси воздуха с поступающими из топки продуктами сгорания (для сушильных камер с газовым обогревом).

Взрывобезопасная концентрация паров растворителя в сушильной камере обеспечивается выбросом в атмосферу части загрязненного воздуха и подсосом свежего. Удаление загрязненного воздуха осуществляется самостоятельным вытяжным вентилятором, вентиляторами воздушной завесы или рециркуляционным вентилятором через выхлопной воздуховод.

Количество растворителя, выделяемого при сушке, также зависит от метода окрашивания. В таблице 3.10 приведены данные по количеству выделяемых паров растворителей в сушильной камере от общего количества растворителя в ЛКМ в рабочей вязкости.

Таблица 3.10

Количество растворителя, выделяющегося при сушке

При использовании газовых сушильных камер нагрев окрашенных изделий осуществляется газовоздушной смесью (смесью топочных газов с воздухом) или воздухом, предварительно нагретым топочными газами в воздухонагревателях. Топочные газы также являются источником загрязнения окружающей среды.

В таблице 3.11 приведен часовой расход отсасываемого воздуха в сушильных камерах в расчете на 100 м2 окрашиваемой поверхности.

Таблица 3.11

Объем выбрасываемого загрязненного воздуха в атмосферу при сушке ЛКП

При работе сушильных установок в атмосферу выбрасывается отработанный воздух со значительным содержанием паров растворителя и других ЛОС (до 3 — 10 г/м2), что загрязняет окружающую атмосферу и ухудшает санитарно-гигиенические условия прилегающих к окрасочному производству территорий. При этом происходят также безвозвратные потери органических растворителей, количество и стоимость которых достаточно велики.

Для очистки выбросов сушильных камер используют адсорбционные и окислительные методы, которые подробно описаны в разделе 3.7.

В зарубежной практике [22] для снижения выбросов в атмосферу от конвективных сушильных камер используют инертные газы вместо обычного воздуха. Инертные газы могут содержать гораздо большее пожаровзрывобезопасное количество растворителя. Уменьшается объем выбрасываемого воздуха, увеличивается концентрация в нем растворителя. Растворитель можно извлечь из выбрасываемого в атмосферу воздуха конденсацией.

Применение УФ-отверждения при окраске рулонного металла уменьшает энергетические затраты на отверждение покрытия на 70%. Отверждение ускоренными электронами позволяет полностью автоматизировать процесс сушки и эффективно при окраске рулонного металла.

3.4 Окрасочно-сушильные камеры

Для окрашивания и сушки крупногабаритных изделий в сборе в промышленности используются окрасочно-сушильные камеры.

В соответствии с [41] окрасочно-сушильные камеры — это совокупность агрегатов и связанных друг с другом компонентов, например вентиляторов, системы нагрева для технической вентиляции (например, теплообменников, горелок), механических дроссельных и переключающих клапанов, трубопроводов для технической вентиляции, системы сухих фильтров и/или системы мокрой очистки воздуха, автоматических устройств для тушения пожаров и дополнительного специального электрооборудования, системы управления и энергосети, которые соединены друг с другом в закрытом пространстве с технической вентиляцией для нанесения и сушки жидких ЛКМ.

Окрасочно-сушильные камеры имеют 4 режима работы: окрашивание, обдув, сушка, охлаждение.

В режиме окрашивания воздух забирается всасывающим вентилятором из атмосферы, затем очищается, нагревается на теплообменнике и проходит через потолочное пространство в камеру в направлении пола. Донный фильтр удаляет из выбрасываемого воздуха красочную пыль.

После окончания окрашивания включается режим продува, в течение заданного времени проходит продувка камеры, в результате которой камера очищается от остатков частиц красочной пыли и паров растворителя.

В режиме сушки нагретый калориферами до заданной температуры воздух начинает циркулировать в камере. До 15 — 20% чистого воздуха всасывающий вентилятор постоянно забирает из атмосферы.

В режиме охлаждения в камеру подается воздух из атмосферы для снижения температуры пространства камеры.

На рисунке 3.11 показана схема движения воздуха при работе окрасочно-сушильной камеры.

а) режим окраски и продува

б) режим сушки и охлаждения

(1 — рециркуляционная заслонка; 2 — теплообменник; 3 — верхняя часть; 4 — переходной короб; 5 — камера; 6 — напольные решетки; 7 — основание и пол; 8 — переходной короб; 9 — вытяжной вентилятор; 10 — заслонка; 11 — вытяжной короб)

Рисунок 3.11 — Пример окрасочно-сушильной камеры [42]

При окрашивании воздух вентилятором подается в приточный короб (1) и очищается на фильтре (2) от грубых частиц. Далее воздух проходит через теплообменник и попадает в потолочное пространство (4), проходит через фильтры тонкой очистки и попадает в камеру (5). Очищенный воздух ровным потоком опускается вниз. Красочная пыль задерживается напольными фильтрами (6). Воздух проходит в подпольное пространство (7), через вентиляционное отверстие (8) попадает в группу вытяжки и выбрасывается в окружающую среду.

В режиме сушки переключают рециркуляционную заслонку (1), прекращая поступление холодного воздуха. Запускается горелка, и освещение камеры отключается. Камера перестает забирать воздух с улицы и переходит в режим рециркуляции. Приточный вентилятор (2) подает воздух в теплообменник, где свежий и чистый воздух из камеры нагревается. Горячий воздух из теплообменника (3) через переходной короб (4) поступает внутрь камеры (5), пройдя через фильтры. После этого через напольные фильтры (6) воздух поступает в основание (7) и через переходной короб (8) снова поступает на рециркуляционную заслонку (1), приточный вентилятор снова подает воздух на теплообменник до достижения заданной температуры. По окончании предусмотренного времени сушки прекращается нагрев и включается режим продувки для удаления остаточных паров растворителя и охлаждения теплообменника.

Режим продувки аналогичен режиму окраски без подогрева.

В результате окрасочных работ образуются отходы, загрязненные красочной пылью, которые утилизируют в установленном порядке.

Периодичность образования отходов:

• каждые 50 ч красочная пыль на фильтрах предварительной очистки воздуха;
• каждые 100 ч фильтры сухой очистки, загрязненные красочной пылью;
• каждые 200 ч фильтры окончательной очистки воздуха, загрязненные красочной пылью;
• каждые 700 ч фильтры предварительной очистки воздуха, подаваемого в камеру;
• каждые 1000 ч потолочные фильтры очистки воздуха, подаваемого в камеру.

Растворители, выделяющиеся при окрасочно-сушильных работах, выбрасываются в атмосферу. Для очистки выбросов от растворителя рекомендуется использовать адсорбционные и окислительные методы очистки (см. раздел 3.7).

3.5 Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов

В зависимости от состояния ЛКМ и способа его нанесения на изделие различают 5 групп методов окрашивания (см. таблицу 3.12) [43].

Таблица 3.12

Группы окрашивания изделий

К первой, наиболее распространенной группе относятся: пневматическое и безвоздушное распыление, распыление в электростатическом поле и различные комбинации этих методов. Общим для них является то, что ЛКМ предварительно диспергируется с помощью сжатого воздуха (или гидравлического давления на ЛКМ) и в виде аэрозоля переносится на изделие.

Ко второй, очень перспективной группе с точки зрения защиты окружающей среды относятся методы окрашивания, основанные на получении покрытий из аэродисперсий порошковых красок (не содержат органические растворители).

Третью, четвертую и пятую группы составляют окунание, облив, налив, электро- и автоосаждение, окрашивание кистью и валиком. Для нанесения покрытий этими методами необходим прямой контакт твердой поверхности и жидкого ЛКМ.

В таблице 3.13 приведены сведения о применении различных методов окрашивания для различных изделий.

Таблица 3.13

Применение методов окрашивания для различных изделий