Контрольная работа: Промышленная экология полимерных плёночных материалов и искусственной кожи
Каждый из полимеров обладает характерными показателями мягкости, воздухо- и влагопроницаемости. К примеру, полиуретановые кожи считаются одними из самых перспективных: они намного легче, чем материалы из ПВХ, но при этом гораздо более устойчивы к перепадам температур и внешним воздействиям. Кожи на основе полиуретана образуют так называемые сквозные поры, позволяющие материалу "дышать". В поливинилхлориде поры замкнуты, и поэтому кожи из ПВХ не обладают достаточной паро- и воздухопроницаемостью, имеют низкую гигроскопичность.
Вообще применение популярных сегодня полимеров в изготовлении искусственных кож получило развитие в 30-е годы прошлого столетия. До этого в тех же целях использовался каучук, вначале натуральный, а позже – синтетический. Причем применение натурального каучука ведет отсчет еще со времен аборигенов Южной Америки: желающие обуться опускали ноги в сок растений, содержащих природный каучук, и получали пару оригинальных туфель.
Первыми искусственно изготовленными заменителями натуральной кожи были резины на основе природного и синтетического каучука. Но только с появлением полимеров искусственные материалы приобрели широкий спектр разнообразных качеств и, соответственно, обширную область применения.
Именно область применения искусственных кож считается основным признаком, по которому эти материалы делят на отдельные группы. Существуют кожи галантерейные, одежные, обувные, обивочные и кожи технического назначения. В свою очередь, обивочные материалы делят на облицовочные, мебельные и декоративно-отделочные. При производстве мебели искусственной кожей обивают как жесткие, так и мягкие элементы. Особо тщательно подбирают материал для изготовления мягких элементов мебели: кожа, которая будет постоянно испытывать внешнее воздействие, должна обладать дополнительными качествами – повышенной мягкостью и в то же время эластичностью.
Но существуют и общие требования к искусственной коже при изготовлении мебели – износостойкость, устойчивость к воздействию света и температурных перепадов, способность удерживать на поверхности влагу, соответствие санитарным нормам и привлекательный внешний вид.
Для моделей мягкой мебели с классической линейной конструкцией производители, как правило, используют кожу на тканевой основе. А вот для изготовления элементов произвольной, нестандартной формы применяют искусственную кожу на нетканой или трикотажной основе: она легко поддается вакуумной и тепловой обработке и принимает любую заданную форму.
При выборе искусственной кожи имеет значение также степень нагрузки на мягкую мебель. Так, в офисах и других местах, где мебель постоянно подвергается нагрузке, лучше применять для изготовления стульев и диванов материал на основе повышенной прочности. В применении к мягкой мебели для дома это требование вовсе не является обязательным, здесь скорее имеют значение показатели комфортности.
То же относится и к структуре искусственной кожи: тисненая обивка уместна в мебели для квартиры, в местах же, где мебелью постоянно пользуется большое количество людей (в барах, фитнес-клубах) гораздо более практичным будет вариант с использованием кожи с гладкой фактурой. Такой материал при загрязнении легче поддается очистке.
Производство мягкой искусственной кожи включает три основных этапа.
Сначала готовят волокнистую основу, ведь именно от ее качеств зависит, насколько прочной, эластичной и мягкой будет полученная кожа. Волокнистые основы – тканевые, бумажные, трикотажные, материалы из синтетических и натуральных волокон – приобретают дополнительные качества благодаря пропитыванию специально разработанными полимерными композициями.
На основу с применением различных технологий наносят полимерное покрытие. Его состав может варьироваться в зависимости от желаемого результата. Главное, чтобы раствор, расплав или дисперсия полимеров распределилась по основе равномерно и хорошо зафиксировалась. Известны несколько методов нанесения покрытия. Так, часто применяется сквозное пропитывание или же исключительно поверхностное проникновение. Популярен также метод пропитывания основы насквозь, а затем нанесения лицевого полимерного покрытия.
В России при производстве искусственных кож чаще всего применяют метод нанесения покрытия, при котором расплав полимера наносят на основу путем обкладочных или промазочных каландров; растворители при этом в процессе не участвуют, нанесение происходит исключительно с использованием пластических свойств полимеров. Затем полученный продукт проходит специальную обработку. Однако специалисты отмечают, что переработка полиуретана при таком способе невозможна, и это снижает конкурентоспособность полученного материала.
За границей полимеры перерабатывают в дисперсиях и растворах. При этом применяется специальная бумажная подложка, на которую последовательно наносят раствор полимера, начиная с отделочного слоя (так называемый обратный способ нанесения полимера). В последнюю очередь наносят адгезив, скрепляющий все слои с текстильной основой. После нанесения каждого слоя материал помещают в камеру сушки. На последнем этапе слои дублируют с основой, бумажная подложка удаляется, и материал готов к завершающей отделке.
Существуют и другие способы: нанесение средних слоев на волокнистую основу, а цветного отделочного слоя – на рельефную бумагу, а затем их соединение.
Для того, чтобы искусственная кожа получилась пористой, при производстве материала применяются разные способы вспенивания: механическое, химическое (вследствие разложения порообразующих материалов). Применяется также метод вымывания водорастворимых солей, спекания порошкообразных полимеров, перфорирование или фазовое разделение полимерных растворов.
Для придания искусственной коже специфических качеств при производстве используются специальные пластификаторы, красители, антистарители, различные стабилизаторы. Часто применяют добавки: специально разработанные вещества для того, чтобы облегчить и ускорить процесс переработки полимера, повысить морозостойкость полученного материала.
Окончательная отделка полученной искусственной кожи может включать в себя различные операции: тиснение и шлифовку, нанесение лака или матирование, печать рисунка и мятье. Путем этих операций достигается эффект фактурной ткани, натуральных материалов - кожи, замши. Можно создать материал-"хамелеон" или кожу цвета "металлик".
Все искусственные кожи, которые применяются в мебельном производстве, обязательно проходят тестирование на устойчивость к разрывам и деформации, сопротивляемость истиранию, реакцию на воздействие влаги и температурных перепадов. Способы тестирования материалов – такие же. Как и в других отраслях промышленности (автомобилестроении, текстильном производстве). Актуальны также проверки на световое старение, стойкость окраски, исследование прочности при изгибе. Очень важно, чтобы материал, находящийся в непосредственном контакте с телом человека, не издавал неприятных запахов, не имел вредных выделений и обладал высокой гигроскопичностью.3
Искусственные материалы хороши тем, что не требуют такого тщательного ухода с применением специальных средств, как натуральные кожи. При высокой функциональности и идентичном натуральным кожам внешнем виде искусственные кожи в среднем на 50%-75% дешевле и гораздо практичнее. Не всякая натуральная кожа обязательно подразумевает высокое качество. Искусственный же материал, сделанный с применением современных технологий, не уступает в качестве самым дорогим натуральным кожам.
Именно поэтому дизайнеры и архитекторы с удовольствием применяют в своих проектах искусственные кожи, не ограничивая себя в полете творческой мысли. Наука не стоит на месте, и сырьевая база для производства искусственных кож постоянно расширяется. Современные полимеры дают практически не ограниченные возможности их применения: обувь и галантерея, мебель и транспортные средства, одежда – трудно перечислить все сферы, где с успехом применяются эти материалы.
Если на заре производства искусственных материалов они по многим статьям уступали своим натуральным конкурентам, то, опираясть на научно-технические достижения и постоянно совершенствуясь, на сегодняшний день искусственные кожи уже сложно назвать обычными заменителями натуральных. Скорее, можно говорить о самостоятельном материале, обладающем достойными качественными зарактеристиками и многими специфическими свойствами.
Токсичность синтетических кож
Гигиенической особенностью производства ИК и ПМ на основе ПВХ является использование в процессе производства различных по степени токсичности, опасности и характеру действия на организм химических веществ, ведущее место среди которых занимают фталатные пластификаторы (фталаты). Хлористый водород, спирты, альдегиды, окись углерода, хлористый винил, свинец, кадмий и др. на участках термообработки смесей определяются в незначительных количествах и редко превышают предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны (ПДК). Концентрации винилхлорида в факеле газовыделений в лабораторных и производственных условиях при нагревании ПВХ смесей до 150 - 200 град. C не превышают сотых долей мг/куб. м (0,01 - 0,04 мг/куб. м). Ряд неблагоприятных производственных факторов имеется в подготовительных и смесительных отделениях, где занято небольшое число работающих; воздух рабочей зоны аппаратчиков смешения на этих участках может загрязняться пылью ПВХ смол, наполнителей (мел, каолин) и стабилизаторов (соединения свинца, кадмия и др.), а также фталатными пластификаторами. Решающее значение в загрязнении воздушной среды рабочих помещений при производстве ИК и ПМ имеет летучесть используемых в рецептурах фталатных пластификаторов, среди которых самым летучим является дибутилфталат (ДБФ). Наибольшее выделение паров и аэрозолей фталатов происходит на этапах технологического процесса, предусматривающих нагревание ПВХ смесей, - вальцевание, каландрование, желирование, тиснение, а также при открытой выгрузке смесей из смесителей. Источниками вредных газовыделений являются также поверхности нагретой искусственной кожи и пленки, горячих смесей во время их транспортировки. Вследствие физико-механических воздействий обработка ПВХ массы без нагревания на диспергаторах, вальцах, краскотерках и др. валковом оборудовании сопровождается поступлением в окружающую среду аэрозолей фталатов. Труд рабочих основных профессий, занятых на вальцах, каландрах, желировочных машинах и смесителях, содержит ряд операций, выполняемых с физическим напряжением средней тяжести в условиях повышенной температуры воздуха (в среднем 26 - 35 град. C). Выполнение рабочих операций сопровождается нервно-эмоциональным напряжением, особенно при нарушениях технологического процесса (обрыв или перегрев ткани, смеси и др.), приводящих к получению низкосортной продукции. Это обусловлено недостаточным автоматическим регулированием и контролем технологических параметров: скорости пропускания полуфабриката, толщины наложения смесей, температуры их нагрева и т.п. В этих случаях рабочие применяют ручное регулирование и исправление неполадок. Особенно много операций, требующих мышечных усилий работающих, в подготовительных, смесительных отделениях, а также на участках вальцев и каландров. Неблагоприятными операциями в работе аппаратчиков, вальцовщиков, грунтовальщиков и др. профессий являются такие как: ручная загрузка материалов в смесители, на валки краскотерок и вальцев, перенос рулонов горячей смеси от вальцев к каландрам, чистка и мытье бачков для смесей и т.д. В связи с наличием работ, выполняемых вручную, имеется значительный контакт работающих с различными исходными и промежуточными материалами. Вследствие использования в производстве высоколетучего пластификатора ДБФ, низкой эффективности работы очистных устройств, большого количества выбросов, поступающих в атмосферу без очистки, и осуществления вентиляционных выбросов на небольшой высоте (ниже верхней границы зоны аэродинамической тени зданий цехов) воздушная среда и приточный воздух производственных помещений, а также атмосфера промышленных площадок и окружающей заводы "Искож" территории в радиусе до 1500 м могут загрязняться фталатными пластификаторами в концентрациях выше ПДК. У рабочих, систематически подвергавшихся воздействию значительных концентраций фталатов, после 5-ти лет работы могут возникать признаки профессионального заболевания, для которого характерен полиневритический тип нарушения поверхностной, преимущественно болевой чувствительности. В ряде случаев возможны нарушения в состоянии вегетативно-сосудистой сферы, с последующим развитием сенсорной формы полиневрита. Полиневритический синдром раньше проявляется у лиц с эндокринно-вегетативной недостаточностью, в преморбидном периоде, а также в период эндокринной перестройки (климакс). Выраженные формы токсического полиневрита могут сочетаться с явлениями астении или вегетативно-сосудистой дисфункции. При воздействии концентраций фталатов в несколько раз выше ПДК у рабочих с большим стажем работы возможны стертые формы интоксикации в виде нерезко выраженной полиневропатии или функциональных нарушений нервной системы, с одновременным снижением кожной, особенно болевой чувствительности в дистальных отделах конечностей. У женщин, работающих в условиях повышенных концентраций фталатов, могут наблюдаться нарушения менструальной функции. У рабочих отдельных профессий (грунтовальщики, вальцовщики, каландровщики и др.), с длительным стажем работы наряду с хронической интоксикацией фталатами, возможно возникновение миофасцитов и вегетомиофасцитов рук, связанных со значительным мышечным напряжением, а также заболевание верхних дыхательных путей, раздражение слизистых оболочек глаз и кожных покровов. 4
3. Технологическая схема получения подошвенного регенерата непрерывным термомеханическим методом. Технологические режимы производства. Применяемое оборудование. Заключительные операции в производстве регенерата
Процесс регенерации резины основан на термомеханическом методе. Термомеханический метод обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами переработки. Он отличается непрерывностью ведения процесса и компактностью технологических схем. Кроме того, термомеханический метод характеризуется быстротой осуществления технологического процесса и высокой степенью его механизации. Процесс регенерации включает следующие технологические операции:
1. Подготовка, сортировка и измельчение резины: Изношенные покрышки, ездовые, авиационные и варочные камеры сортируют на группы по типу содержащихся в них каучуков. После сортировки покрышки поступают в моечную машину, из которой направляются на борторезательные станки. Борта покрышки содержат одно или несколько проволочных колец, прорезиненную ткань и жесткую резину, которая не поддается девулканизации, поэтому борта покрышки механическим путем удаляют, крупногабаритные покрышки разрезают на две половины по образующей. Затем покрышки подают на шинорез, где они разрезаются на 30 - 100 мм сегменты.
Дальнейшее измельчение резины связано с механическим выделением основной массы кордного волокна и магнитной сепарацией металлокорда.
2. Освобождение резиновой крошки от металлокорда и текстильного волокна: При дроблении и отсеивании корда используются несколько последовательно расположенных дробильных и размольных вальцев, агрегированных с вибрационными сеялками. Резиновая крошка после предварительного измельчения на дробильных вальцах первого цикла, направляется на двухъярусные вибрационные сеялки, после которых просеянная резина помола до 10-20 мм поступает по ленточному транспортеру в камеру магнитной сепарации, где происходит отделение металлокорда и далее загружается в промежуточный бункер, из которого она поступает на дробильные вальцы второго цикла. Прошедшая через дробильные вальцы резина ленточным отборочным транспортером и элеватором подается на вибрационное сито, в котором установлена рабочая сетка с отверстиями, обеспечивающими отбор резины необходимой степени измельчения. На сите мелкая фракция резины отделяется от основной массы, при этом она проходит через сетку и поступает в отборочный шнек. Резина, не прошедшая через сетку, возвращается на вальцы для повторного дробления и просеивания. После нескольких десятков циклов дробления резина, загруженная на вальцы, оказывается достаточно размельченной и отсеянной от текстиля. Измельченную резину шнеком подают в специальный бункер дробленой резины. Текстиль, остающийся на сетке вибрационного сита, непрерывно отбирают в процессе просева резины и упаковывают в мешки. В процессе дробления контролируют степень помола и содержание кордного волокна.
3. Девулканизация: Из бункера резиновая крошка поступает через дозатор в смеситель. Одновременно с резиновой крошкой в смеситель подают раствор активатора в мягчителе. Выходящая из смесителя рабочая смесь проходит в общий шнек, из которого она распределяется в червячные девулканизаторы. Конструктивные особенности машины обеспечивают такие условия обработки, при которых резина, находясь в состоянии тонкой пленки, подвергается воздействию больших механических сил. Деструктирующее действие механической энергии на вулканизат в червячном девулканизаторе усиливается действием тепла, которое выделяется непосредственно в массе резины. Продолжительность пребывания резины в девулканизаторе не превышает 6-8 мин, температура смеси в рабочей камере - около 200 *С. При выходе из червячного девулканизатора, девулканизат быстро охлаждается в разгрузочной камере насыщенным водяным паром и водой из форсунок тонкого распыления и поступает в охлаждаемый водой конденсационный шнек, по которому он подается на подготовительные рафинировочные вальцы.