Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературно-аналитический обзор 9
1.1. Особенности получения материалов и свойства материалов с ПВХ-пленочными покрытиями 9
1.1.1. Способы получения материалов с ПВХ-покрытиями 9
1.1.2. Свойства компонентов, формирующих ПВХ-пленочное покрытие 18
1.1.2.1. Поливинилхлорид и его сополимеры 18
1.1.2.2. Пластификаторы и мягчители 24
1.1.2.3. Растворители и разбавители 26
1.1.2.4. Наполнители 28
1.1.2.5. Пигменты и красители 29
1.2. Колорирование материалов с ПВХ-пленочными покрытиями 30
1.2.1. Обзор существующих способов крашения 30
1.2.2. Основные сведения о текстильной пигментной печати 34
Заключение по литературно-аналитическому обзору и постановка задачи экспериментального иследования 45
Глава 2. Экспериментальная часть 48
2.1. Исследование характера изменения свойств ПВХ-пленок при обработке растворами с различной концентрацией ОР 48
2.2. Исследование реологических и печатных свойств водных пигментных красок 69
2.3. Исследование возможности упрочнения окрасок при печатании ПВХ-пленочных покрытий водными пигментными составами 87
2.4. Изучение агрегативной устойчивости связующих веществ в составе пигментных красок и возможности их дополнительного загущения с упрочнением окрасок к трению 94
2.5. Исследование процесса пенной печати материалов с ПВХ-пленочным покрытием пигментными составами 102
2.6. Оценка потребительских, токсикологических и экологических характеристик напечатанных материалов и печатного процесса при применении разработанных водных пигментных красок 123
Глава 3. Технико-экономическое обоснование разработанной технологии печатания материалов с ПВХ-пленочным покрытием (на базе предприятия «Икоф-лок») 134
Общие выводы 140
Глава 4. Методическая часть 142
4.1. Характерне гика объектов диссертационного исследования 142
4.1.1. ПВХ-пленочный материал 142
4.1.2. Характеристика красителей, ТВВ, химических продуктов 142
4.2. Методы экспериментальных исследований 147
4.2.1. Оценка реологических свойств загусток и печатных красок 147
4.2.2. Печатные свойства красок 148
4.2.3. Оценка свойств латексов и их пленок 149
4.2.4. Оценка свойств печатных пен 149
4.2.S. Оценка свойств ПВХ-пленок и покрытий 151
4.2.6. Определение концентрации паров ОР в воздухе 152
4.2.7. Оценка токсичности компонентов печатных красок 152
Список использованных источников 153
- Колорирование материалов с ПВХ-пленочными покрытиями
- Исследование реологических и печатных свойств водных пигментных красок
- Технико-экономическое обоснование разработанной технологии печатания материалов с ПВХ-пленочным покрытием (на базе предприятия «Икоф-лок»)
- Оценка реологических свойств загусток и печатных красок
Введение к работе
В современных условиях невозможно существование человека без широкого использования в быту и технике разнообразных материалов и изделий из искусственных кож и пленочных покрытий. Освоение методов синтеза поливинилхлорида (ПВХ) привело к созданию на его основе широкого спектра искусственных кож и текстиля с пленочными покрытиями. К таким изделиям относится продукция, изготовленная на основе обувных, одежных, галантерейных, обивочных, декоративных и др. материалов. Область изделий, рассмотренных в настоящей работе, составляют мягкие искусственные кожи и пленочные покрытия, из которых изготавливаются чемоданы, портфели, сумки, ремни, скатерти, занавеси и т.д. В частности, основное внимание уделено ассортименту столовых клеенок с печатными рисунками, предназначенных для широкого бытового использования. Такие изделия с ПВХ - пленочным покрытием должны иметь невысокую поверхностную плотность, обладать необходимой механической прочностью, эластичностью, хорошей драпи-руемостью, сопротивлением истиранию, изгибам, водонепроницаемостью и устойчивостью к старению. Столовая клеенка не должна обладать липкостью и должна иметь высокие показатели устойчивости окраски рисунка к трению и другим физико-механическим воздействиям.
Колорирование материалов с ПВХ - пленочным покрытием встречает серьезные затруднения в связи с химической инертностью субстрата, его низкой влагопоглощающей способностью, сложностью формирования четкого контура рисунка. Существующие способы создания рисунков на рассматриваемых материалах базируются на использовании составов, содержащих 80-90% органического растворителя (циклогексанон, изопропило-вый спирт и др.). Только при этом условии специальные красящие вещества (микролиты) способны образовать прочные окраски на поверхности пленочного покрытия. Однако применение токсичных, взрыво- и пожароопасных органических растворителей (ОР) в высоких концентрациях негативно отражается на условиях работы обслуживающего персонала, требует значительных затрат на мероприятия по обеспечению безопасности труда, ухудшает качество готовых изделий (несоответствие международным экологическим стандартам). Изделия с пленочными покрытиями в этом случае имеют устойчивый неприятный запах, повышенную липкость, пониженные показатели механической прочности. Помимо этого специальные красители минерального состава - микролиты являются дорогими и дефицитными продуктами, что является препятствием для ритмичной работы предприятий.
Ряд исследований, проведенных с целью уменьшения концентрации ОР в красящих составах или их полного исключения, не дали существенных результатов, вследствие получения окрасок с низкими колористическими и прочностными показателями.
Данная диссертационная работа проводится в соответствии с основным научным направлением кафедры ХТВМ СПГУТД по созданию и освоению экологически адаптированных технологий отделки текстильных материалов совместно с ОАО «Икофлок» (Санкт-Петербург), заинтересованным в совершенствовании и снижении экологической опасности процесса колорирования материалов с ПВХ - пленочным покрытием.
ЦЕЛЬ диссертационной работы состоит в теоретическом обосновании и разработке оптимизированной технологии печатания материалов с ПВХ - пленочным покрытием, основанной на использовании водных пигментных составов с минимальной концентрацией органического растворителя.
Выбор текстильных пигментов для решения поставленной задачи обусловлен их доступностью, широкой цветовой гаммой, универсальностью закрепления на различных материалах и технологической простотой фиксации на полимерном субстрате (нанесение рисунка - сушка - термообработка).
Для достижения сформулированной цели диссертационная работа проводилась в следующих основных направлениях:
• Анализ процессов получения материалов с ПВХ - покрытиями и их колорирования с целью определения возможных путей перехода к водным технологиям узорчатой расцветки;
• Исследование особенностей воздействия ОР на ПВХ - пленки и покрытия с целью выбора оптимального растворителя для модификации ПВХ - субстрата • Выбор компонентов и оптимизация рецептуры водных пигментных составов с минимальным содержанием ОР;
• Оценка реологических и печатных свойств водных пигментных красок при формировании рисунка на ПВХ - пленочном покрытии;
• Поиск путей повышения прочности пигментных окрасок на ПВХ - субстрате с обоснованием механизма устойчивого адгезионного закрепления частиц пигмента;
Оценка качества колористического оформления (на примере столовой клеенки с ПВХ - пленочным покрытием), технико-экономических и экологических характеристик разработанной технологии в сравнении с традиционным процессом, приня тым на ОАО «Икофлок». Вьщача рекомендаций по практической реализации разработанного способа водной пигментной печати.
Успешное решение задач диссертационного исследования позволит приблизить продукцию рассматриваемого ассортимента изделий к требованиям Международных экологических стандартов ИСО-14000 и Экотекс-100 и тем самым, расширить возможности ее реализации на мировых рынках товаров текстильной и легкой промышленности. Известно, что количество вредных веществ, представляющих опасность для человека и окружающей среды очень велико: по данным агентства по профессиональной безопасности и здоровью (OSHA) США таких веществ (включая ОР) и материалов насчитывается более 1,5 млн. и их число неуклонно растет. В этой связи постоянно отмечается ужесточение требований к экологической чистоте производства и продукции, успешная реализация которой становится невозможной без наличия соответствующих сертификатов. В России обязательным требованием при реализации продукции является ее соответствие ГОСТ Р 121.052-97 «Единая система безопасности продукции. Паспорт безопасности вещества (материала). Общие требования». Подобное соответствие имеет не только экологические, но и социально-экономические преимущества (улучшение качества продукции и здоровья персонала, снижение штрафов, потерь сырья и материалов, рост числа инвестиций и др.).
Результаты диссертационной работы могут послужить основой для совершенствования технологии колорирования (создание экотехнологии) материалов с ПВХ-пленочными покрытиями в направлении улучшения условий проведения печатных процессов и выпуска продукции, соответствующей современным требованиям по уровню безопасности и качества.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов диссертационного исследования заключается:
• В разработке теоретических основ процессов колорирования текстильных материалов с ПВХ-пленочными покрытиями водными пигментными составами с минимальным содержанием полярных органических растворителей;
• В оценке изменений физико-химических и механических свойств ПВХ-пленок при их обработке водными растворами с различным содержанием ОР (алкилацетаты, изопропанол, циклогексанон);
• В выяснении особенностей реологического поведения и печатных свойств водных пигментных красок с различным содержанием ОР;
• В формулировке механизма упрочнения адгезионного закрепления частиц пигментов на ПВХ-субстрате, обуславливающего получение окрасок с высокой устойчивостью к физико-химическим воздействиям;
• В оптимизации параметров печатного процесса при использовании водных пигментных красок, обеспечивающих высокое качество рисунка, формируемого на субстрате с низкой влагопоглощающей способностью.
Новизна результатов диссертационного исследования подтверждена получением патента РФ N 2086719, опубл. 10.06.97, бюлл. 22.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов диссертационной работы состоит в совершенствовании технологии узорчатой расцветки материалов и изделий с ПВХ-пленочными покрытиями типа искусственных кож путем перехода от печатных красок с микролитами и высоким содержанием ОР к водным составам с текстильными пигментами и низкой концентрацией органического растворителя. Практическая реализация разработанной технологии позволяет:
• Упростить технологию формирования и закрепления рисунков на материалах с ПВХ-пленочными покрытиями;
• Исключить неудобства, связанные с использованием высоких концентраций взрыво-, пожароопасных и токсичных ОР, облегчить процессы приготовления печатных красок и уменьшить выделение паров ОР мри реализации печатного процесса;
• Обеспечить высокое качество художественно - колористического оформления изделий (на примере столовой клеенки с набивными рисунками) с обеспечением повышенной устойчивости окрасок и улучшенных показателей потребительских свойств (меньшая липкость, повышенный блеск, сохранение прочности и отсутствие запаха ОР);
• Снизить затраты на мероприятия по охране труда и пожарной безопасности, улучшить экологическую ситуацию в красильно-отделочном производстве, уменьшить выделение паров ОР в атмосферу производственных помещений.
Производственные испытания, проведенные на ОАО «Икофлок» (Санкт-Петербург) при печатании столовой клеенки на тканевой основе водными пигментными составами на агрегате «Colombo» (Италия) полностью подтвердили преимущества разра ботанной технологии. Она рекомендована к практическому использованию на предприятиях отрасли.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Результаты диссертационной работы были представлены и получили положительную оценку на III Конгрессе Российского союза химиков-текстильщиков и колористов (Москва, 2000 г.); Международной конференции: «Достижения текстильной химии в производство» (Текстильная химия-2000) (Иваново, 2000 г); межвузовской научно-технической конференции: «Новое в текстильной промышленности» (Наука-99) (Димит-ровград, 1999 г.); Юбилейной конференции, посвященной 70-ти летию СПГУТД (Санкт-Петербург. 2000 г.); научной конференции молодых ученых и студентов СПГУТД (День науки ХТФ) в 1999, 2000, 2001 г.
Результаты диссертационной работы докладывались и одобрены на расширенном заседании кафедры ХТВМ совместно с членами НТС ОАО «Икофлок» в 2002 г.
Основные результаты диссертационной работы отражены в печатных работах, которые отражают ее содержание.
Колорирование материалов с ПВХ-пленочными покрытиями
В монографии М.В. Хрулева «Поливинилхлорид» говорится о том, что ПВХ- полимерные пленки гидрофобны и для их окрашивания применимы только жирорастворимые красители 111. Одновременно при крашении необходимо применять агенты, способствующие набуханию полимера или проводить процесс в среде ОР. В качестве таких вспомогательных веществ при крашении ПВХ известно применение метилизобутилкето-на, о-оксидифенила, дибутилфталата и др.). Высказывается мнение о том, что возможно при крашении указанные вещества являются не только активаторами набухания субстрата и пластификаторами окрашиваемого полимера, но и сами абсорбируют краситель и, совмещаясь с ПВХ, придают ему необходимую окраску /32/. Приведенные сведения следует рассматривать как значительно устаревшие, поскольку ни один современный гигиенический или экологический стандарт не позволит использовать на практике перечисленные выше химические продукты, вследствие их повышенной токсичности и негативного влияния на окружающую среду и здоровье человека.
В настоящее время изделия с ПВХ- пленочными покрытиями проходят ряд отделочных операций, важнейшими из которых являются : нанесение тонкой отделочной пленки на основной полимерный слой (знание состава этих пленок очень важно для эффективного построения технологии крашения пигментными красителями); нанесение тиснения или печатного рисунка; придание специальных визуальных эффектов (например, отделка под зам шу).
Нанесение тонкой отделочной пленки служит для улучшения внешнего вида изделий, их органолептических показателей и оптических свойств. В таблице 1.12 представлены рецептуры стандартных составов для отделки вини-лискожи с блестящей и матовой поверхностью.
Смесь ПММА с ПВХ в среде ОР позволяет получить непрерывную пленку с высокой органолептической оценкой и хорошими оптическими свойствами поверхности. Аэросил придает поверхности пленки матовость и увеличивает ее стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды (инсоляция, УФ-облучение и др.)
Нанесение отделочных композиций производится на печатно-отделочных агрегатах, которые имеют от 1 до 6 печатно-отделочных головок (наносных узлов).
Печать материалов с ПВХ-пленочными покрытиями предусматривает операцию нанесения рисунка (одно- или многоцветного). Схемы основных способов формирования рисунка показаны на рисунке 1.7. Способ высокой печати (рисунок 1.7.а) основан на использовании жестких металлических форм в которых печатающие элементы выступают над пробельными. В результате образуется чистый и четкий оттиск с хорошей передачей печатных красок. Способ офсетной печати основан на смачивании печатающего элемента жирной краской, ее переходе первоначально на резиновый (офсетный) вал, а затем на материал с ПВХ-пленочным покрытием.
Наиболее распространенный способ глубокой печати, который основан на применении цилиндра с углубленными ячейками и промежутками (пробелами) между ними. Ячейки имеют различную глубину, от которой зависит свето- и цветоплотность формируемого рисунка. Печатный вал полностью покрывается краской, избыток которой снимается специальной раклей.
Нанесение рисунков осуществляется на печатно-отделочном агрегате (рисунок 1.8), на котором при многоцветной печати число печатающих узлов может доходить до 8. Приготовление печатных композиций затруднено летучестью ОР и требует наличия герметичных реакторов. Высоковязкие пасты на основе микролитов приготавливают с помощью краскотерок и скоростных диспергаторов типа бисерных мельниц (дорогое оборудование).
Существующая технология печати пленочных покрытий основана на валковом воспроизведение рисунка, принципах фотопечати, трансферные и сублимационные способы используются гораздо реже /33/. Процессы печати, используемые в настоящее время на предприятиях отрасли не обеспечивают прочного закрепления пигментов на ПВХ-субстрате. Нередко при эксплуатации изделий наблюдается осыпание слоя печатной краски с нарушением целостности рисунка, что особенно характерно для полиолефиновых пленок /1/. К тому же сохраняются все недостатки, связанные с применением большого количества ОР.
Известно, что для повышения прочности окрасок рекомендуется предварительная активация поверхностей пленок, на которых закрепляются частицы красителя /34/. В частности, хорошо зарекомендовал себя способ воздействия на субстрат коронным разрядом, возникающим между электродами, находящимися под высоким напряжением. В возникающем электрическом поле происходит ионизация молекул кислорода воздуха с образованием озона, который окисляет поверхностный полимерный слой, повышая его полярные адгезионные свойства. Для высоконаполненных полиэтиленовых пленок существует активация газовым разрядом в атмосфере кислорода или гелия. Однако технологически осуществить данные процессы в производственных условиях достаточно сложно.
Для активации поверхности ПВХ-пленок могут быть использованы ОР в относительно невысоких концентрациях, так как в этих условиях повышается реакционноспо-собность атома хлора в макромолекулах ПВХ и усиливается его взаимодействие с компонентами печатных красок, что в итоге приводит к более прочному закреплению частиц пигментов и повышению прочности полученных окрасок. Поэтому необходимо подробнее рассмотреть процесс текстильной пигментной печати, так как эта технология наиболее перспективна для массового выпуска набивных материалов с ПВХ-пленочными покрытиями (по сравнению с техниками аппликации, декалькомании и термопереноса красителей).
Исследование реологических и печатных свойств водных пигментных красок
Необходимость изучения способностей реологического состояния разрабатываемых печатных составов обусловлена тесной взаимосвязью между их вязкостными характеристиками и качеством рисунка, формируемого на пленочном материале /73-75/. На ПВХ-пленочных материалах получение качественных отпечатков существенно затруднено вследствие низкой влагопоглащающей способности субстрата и его химической инертности в отсутствии специальной модификации.
Известно, что пористость (гигроскопичность, капиллярность и др.) материала заметно влияет на переход печатной краски с печатного органа на субстрат, что было обоснованно в работах профессора А.В.Сенахова /75/. Переход краски может быть описан уравнением
В связи с этим для получения качественного рисунка структура пленочного покрытия должна быть в достаточной степени разрыхлена и доступна для проникновения в поверхностный слой субстрата частиц красящего пигмента. Эту функцию в предлагаемом способе печати несет ОР ( в частности ЦГ в количестве 10-15%), которого хватает для подготовки поверхности пленки для формирования на ней печатного рисунка.
Известно, что растекание краски за пределы контура рисунка обратно пропорционально ее динамической вязкости (г) )
Поэтому снижение вязкости красок в присутствии ОР может привести к получению нечеткого, размытого рисунка. Таким образом, качество печати для выбранного типа и режима работы оборудования, определяется, в основном, значениями вязкости печатной краски и свойствами (структура, переплетение, размер межволоконных пространств, пористость и др.) того материала, на котором воспроизводится рисунок. В связи с этим на каждом виде материала величина растекания краски будет различна, вследствие разной способности субстрата к впитыванию и отфильтровыванию жидкости в системе капилляров и межволоконных пространств. Если посмотреть данные таблицы 2.7, то еще раз можно прийти к выводу о затруднительности получения четкого отпечатка на гидрофобном ПВХ-покрытии Очевидно, что величина L увеличивается с повышением кристалличности и гидро-фобности волокон и нитей, образующих текстильный материал. При более разреженной структуре материала (трикотаж и др.) растекание печатной краски уменьшается. Исходя из сказанного, для получения четких отпечатков на материалах с ПВХ-пленочным покрытием необходимы специальные меры, позволяющие сохранить вязкость печатных красок и сделать структуру пленки более доступной для их проникновения в глубь субстрата.
В разделе 2.1 показано, что введение ОР в пигментные печатные составы в количестве 10-15% позволяет получить качественные отпечатки без повреждения пленочного покрытия. Необходимо иметь сведения о характере изменения динамической вязкости печатных красок с различным содержанием ОР и проследить ее влияние на качество узорчатой расцветки. Результаты соответствующих исследований показаны на рисунках 2.13-2.16 и в таблице 2.8. Эксперимент проводился с базовыми составами (раздел 2.1) на ротационном вискозиметре «Реотест-2» в диапазоне градиентов скорости сдвига 1.5-1312 с . В соответствии с рекомендациями, данными в работе /76/ рассчитывались следующие показатели, характеризующие реологические свойства исследуемых объектов :
Прямые и обратные ветви реологических кривых течения печатных красок в координатах "lg т - lg D" (напряжение сдвига -скорость сдвига);
Степень структурированности исследуемых систем, представляющую собой отношение динамических вязкостен при минимальном и максимальном градиентах скоростей сдвига Степень тиксотропного восстановления структуры ( Аср,%), представляющая средние значения степени тиксотропного восстановления структуры исследуемых объектов после снятия механического воздействия, рассчитанная в каждой из 13 точек реологической кривой, соответствующих значениям D при анализе прямой и обратной ветвей течения. Значения реологических показателей определялись по данным 3-5 параллельных измерений.
В более наглядном виде результаты таблицы 2.8 представлены на рисунках 2.18-2.21. Важнейшим выводом из полученных данных является сопоставимость реологических показателей для традиционных красок с микролитами, растворимыми в большом количестве ОР, и рекомендуемых водных пигментных красок с концентрацией ОР равной 10-15%. Заметное снижение значений показателей динамической вязкости, структурированности и тиксотропного восстановления структуры водных пигментных составов наблюдается при содержании в них ОР в количестве, превышающем 30%. Это хорошо прослеживается при определении величины растекания краски за пределы контура рисунка при печатании столовой клеенки с ПВХ-пленочным покрытием (рисунок 2.17)
Технико-экономическое обоснование разработанной технологии печатания материалов с ПВХ-пленочным покрытием (на базе предприятия «Икоф-лок»)
Технико-экономическое обоснование разработанной технологии печатания материалов с ПВХ-покрытием проведено на основании сравнения затрат на ее реализацию, отнесенным к существующему процессу аналогичного назначения. При этом базовой являлась технология нанесения рисунка на пленочные материалы, принятая на АО «Икофлок» (СПБ) с применением четырехкрасочного агрегата фирмы «Коломбо» (Италия) для глубокой печати. Процесс печатания на этом агрегате состоит из следующих стадий: 1. Печатная краска, приготовленная на участке красковарки в герметично закрытых баках, подается на печатную машину в соответствии с сериями колористических расписаний; 2. Готовая печатная краска заливается в специальную ванну на 3/4 объема и с помощью красконаносящего валика подается к печатному валу с рельефным рисунком (излишки краски снимаются с вала раклей, имеющей возвратно-поступательное движение; 3. Рулон материала устанавливается в заправочное устройство и через натяжное устройство поступает в зону между прижимным и печатным валами; 4. После нанесения каждого рисунка (цвета) материал выдерживают в сушильной камере при температуре 95-150 С при скорости движения 40 м/мин; 5. Смесь паров ОР с воздухом (при контроле объемных соотношений) от сушильных камер печатной машины вентилятором высокого давления подается на установку рекуперации органических растворителей. На рис. 3.1 представлена технологическая схема изготовления столовой клеенки с печатными рисунками. В табл.3.1 дан технологический регламент данного процесса для существующей и разработанной последовательности операций с указанием условий их выполнения.
Разработанная технология водной пигментной печати не требует применения принципиально нового оборудования и может быть реализована в существующих условиях печатного цеха. В целом технология печатания столовой клеенки не претерпевает изменений, за исключением рецептуры печатных красок, в которых вместо микролитов используются текстильные пигменты и резко снижена концентрация ОР. Приготовление таких водных красок существенно упрощается и ускоряется, исключается заметное выделение паров циклогексанона и этилацетата, улучшаются условия и безопасность труда производственных рабочих, снижается токсичность и экологическая вредность от работы печатного цеха предприятия.
При оценке экономической эффективности разработанной технологии с учетом отсутствия принципиальных изменений в работе оборудования учитывались статьи затрат на химические материалы, а также снижение затрат и социальные эффекты, которые достигаются при сокращении объема применения органических растворителей. В табл.3.2 представлены сравнительные данные по расходу и стоимости материалов при печатании столовой клеенки по существующей и разработанной технологиям.
Анализ данных табл.3.2 показывает, что снижение концентрации ОР в печатных составах позволяет не только улучшить экологическую и токсиологическую производственную ситуацию, но и почти втрое снизить затраты на химматериалы, входящие в состав красок для нанесения рисунков на материалы с ПВХ-покрытием.
Существующая технология печати с высокой концентрацией ОР повышает взрыво- и пожароопасность производства, на 10-20% увеличивает затраты на капитальное строительство. Токсичные пары циклогексанона и этилацетата вызывают нарушения в жизнедеятельности организма человека, служат причиной возникновения и развития острых отравлении и хронических заболеваний.
В частности: ПВХ-смолы (ПДК 6 мг/м, класс опасности 3) вызывает головокружение, рвоту, нарушение работы органов пищеварения; Алкилфталаты (ПДК=1 мг/м, класс опасности 2) раздражает слизистые оболочки, обладает токсическим действием, затрудняя работу печени;Циклогексанон (ПДК=0,1 мг/м, класс опасности 4) оказывает негативное влияние на ЦНС, вызывает головные боли, раздражение слизистых оболочек, удушье (аналогично влияют пары других ОР).
Анализ условий труда на рабочем месте для оператора печатной машины «Коломбо» при использовании традиционных и разработанных печатных красок (табл. 3.3) показывает, что условия работы по новой технологии улучшаются при снижении нагрузки на персонал, вследствие сокращения объема работ с опасными и токсичными органическими растворителями.
Расчет интегральной оценки тяжести труда (Ит) с учетом изменения баллов элементов труда при переходе к разработанной технологии печатания столовой клеенки с ПВХ-покрытием показал, что значения Ит снижаются в среднем на 25—30% за счет исключения использования больших объемов органических растворителей.
Таким образом проведенные исследования, технико-экономический, токсиоло-гический и экологический анализ показали, что разработанная технология водной пигментной печати имеет существенные преимущества перед аналогичным существующим процессом. Эти преимущества состоят в упрощении приготовления и использования печатных красок с низкой концентрацией ОР, улучшении условий и безопасности труда, снижении расходов на химматериалы и красители, в общем оздоровлении экологической ситуации на предприятии (применительно к производству ОАО «Икофлок»).
Оценка реологических свойств загусток и печатных красок
В качестве растворителей для снижения вязкости исходных полимерных смесей при изготовлении пленочных покрытий используют хлорированные углероды, спирты, кетоны, простые и сложные эфиры. Для облегчения процесса растворения в исходную композицию добавляют специальные разбавители (предварительное снижение вязкости).
Основными показателями качества растворителей являются: растворяющая способность (активность) растворителя, скорость испарения (летучесть) растворителя, характеристики взрыво- и пожароопасности, ПДК паров, степень токсичности ОР. Об активности растворителя можно судить по числу разбавления, вязкости растворов и температуре осаждения полимера из разбавленных растворов. Скорость испарения растворителя зависит от его температуры кипения и упругости паров ОР, а также от условий проведения процесса. Все промышленные растворители имеют температуру кипения ниже температуры основных процессов структурообразования в полимерных материалах, что обеспечивает их полное удаление из системы. Чрезмерно высокая скорость испарения растворителя приводит к помутнению поверхности пленочного покрытия, что особенно характерно для ОР, способных к активному образованию Н-связей.
Взрыво- и пожароопасность растворителей характеризуется температурами вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Последняя для промышленных растворителей значительно выше температуры основных процессов переработки (например для ацетона Т ев = +683 С). О степени токсичности растворителя судят по показателю ПДК его паров в воздухе (чем ниже значение ПДК, тем токсичнее растворитель). Наиболее токсичны галогенсодержащие ОР (таблица 1.10). взрыво- пожароопасность и токсичность промышленных растворителей предопределяет необходимость наличия мер профилактического характера (герметизация оборудования, бесперебойная работа приточновытяжной вентиляции, установка фильтров- сорбентов паров ОР, строгое соблюдение правил ТБ и противопожарной безопасности).
Поскольку в красящих и печатных составах для колорирования материалов с ПВХ-пленочным покрытием используется циклогексанон и др. ОР в высоких концентрациях необходим внимательный анализ данных таблицы 1.10. Он показывает, что ЦГ легче воды, имеет высокую температуру кипения и относительно высокую температуру воспламенения. Его взрывоопасные концентрации находятся на низком уровне (3.2-9%), а токсичность паров максимальна среди всех указанных промышленных растворителей. Это свидетельствует о высокой опасности производственного применения ЦГ и актуальности решения поставленной в работе задачи резкого снижения его концентрации в колорирую-щих составах. Это позволит повысить безопасность производства, условия труда и при правильном осуществлении рекомендуемых технологических процессов - качество выпускаемой продукции. Наполнители - твердые, жидкие или газообразные вещества, которые вводятся в полимер для придания специфических свойств полимерным изделиям при снижении их стоимости. Наполнители могут быть органического (углерод, волокнистые отходы и др.) и неорганического (мел, коалин и др.) происхождения, а по форме частиц различаются на изотропные и анизотропные. Важнейшими характеристиками наполнителей являются : дисперсность, удельная поверхность частиц, маслоемкость, твердость частиц по шкале Мооса, насыпная плотность, рН водной вытяжки, ПДК пыли в воздухе, структурность и влажность.
Основные свойства наполнителей для полимерных покрытий представлены в таблице 1.11.
Использование наполнителей позволяет снизить расход дорогостоящего полимера (на единицу продукции), улучшить условия переработки полуфабрикатов, а также показатели деформационно-прочностных свойств композиционных пленочных материалов. Повышается устойчивость покрытий к действию химических реагентов, улучшается органо-лептическая оценка поверхности (снижение блеска и липкости). Это является существенными моментами для ассортимента бытовых изделий с пленочными покрытиями.
Для придания полимерным композициям и покрытиям на их основе определенного цвета в них вводятся нерастворимые или растворимые пигменты и красители. В этом случае окраска может служить фоном, на котором формируется печатный рисунок (как правило более темного цвета).
Пигментами называют цветные водонерастворимые частицы, нерастворимые в ПВХ и других компонентах полимерной композиции. Вещества (соединения), растворимые в указанных условиях относятся к красителям. Для колорирования изделий с ПВХ-пленочными покрытиями используются высокодисперсные окрашенные пигменты /29/. Последние подразделяются на природные (минеральные) и искусственные (органические, неорганические, ахроматические и цветные). Минеральные пигменты в большинстве случаев, представляют собой окрашенные оксиды поливалентных металлов (Fe, Pb, Cr, Со и др.), которые отличаются высокой хемо- и светостойкостью.
Искусственные неорганические пигменты (алюминиевая пудра, цинковая пыль, бронзированный порошок) имеют более высокую чистоту и насыщенность цвета с широкой колористической гаммой. В качестве органических красящих веществ, в основном, применяют азо-фталоцианиновые, антрахиногидразиновые и др..пигменты /30/. Они характеризуются исключительной яркостью, насыщенностью и интенсивностью цвета при высокой прочности полученных окрасок. Органические пигменты могут быть использованы для покрывного крашения и многоцветной печати полимерных пленочных покрытий, что отвечает основной задаче диссертационной работы. Примерами могут служить пигменты : желтый светопрочный, алый, бордо, голубой, зеленый и ярко-зеленый фтало-цианиновые и др. /31/.
