Дипломная (вкр): Исследование пожароопасных свойств растворителей лакокрасочных материалов на основе алифатических и ароматических углеводородов и разработка предложений по совершенствованию мер пожарной безопасности при работе с ними

Различают следующие группы растворителей, применяемых в лакокрасочной промышленности: алифатические углеводороды (гексан, гептан); ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол); скипидар; спирты (этиловый и бутиловый); кетоны (ацетон, метилэтилкетон, циклогенсанон); эфиры простые и сложные (этилцеллозольв, этилацетат, бутилацетат); хлорзамещенные углеводороды (хлорбензол, дихлорэтан) и смеси алифатических и ароматических углеводородов (уайт-спирит, бензин, сольвент). Кроме того, существует широкий ассортимент составных промышленных растворителей в виде различных смесей (645, 646, 647, Р-4, Р-5, Р-14, РЭ и другие марки).

Все растворители, лаки, краски, эмали (кроме воднодисперсионных и водорастворимых) являются горючими материалами; большинство растворителей легко вспыхивает, а пары их могут взрываться. Поэтому недопустимо хранение больших количеств лакокрасочных материалов в домашних условиях. По возможности надо максимально сокращать время хранения материалов и постоянно следить за условиями их содержания.

Лакокрасочные материалы рекомендуется хранить в плотно запирающихся шкафах или ящиках; в этом случае они представляют меньшую опасность в пожарном отношении. Хранить лакокрасочные материалы рекомендуется в помещениях с температурой не выше 25 °С, вдали от нагревательных приборов, предохраняя от попадания влаги и прямых солнечных лучей.

Тара, в которой хранятся лакокрасочные материалы, должна быть исправной, плотно закрывающейся, чистой, с заводской маркировкой, приведенной на этикетке.

Алюминиевая пудра при увлажнении склонна к самовозгоранию, поэтому ее нужно держать в плотной закрытой таре, тщательно оберегая от попадания влаги. Категорически запрещается сушить алюминиевую пудру при повышенных температурах даже при отсутствии открытого огня [7].

.2 Вред для здоровья человека

Вредные вещества, входящие в состав лакокрасочных материалов, могут оказывать воздействие на организм человека через дыхательные пути, кожу и пищеварительный тракт. Вместе с воздухом через дыхательные пути в легкие человека попадают пары растворителей и аэрозоль, содержащий как твердые частички, так и жидкий компонент краски. При этом вредные вещества, попавшие в организм через дыхательные пути, оказывают большее отрицательное воздействие, чем при поступлении через желудочно-кишечный тракт, так как в этом случае они быстрее попадают в кровь.Большое значение имеет летучесть растворителей: чем она выше, тем быстрее загрязняется воздух помещений [8]. По летучести растворители, применяемые в быту, распределяются на легколетучие (бензин, ацетон) и среднелетучие (бутилацетат, ксилол, бутанол, сольвент).

Почти все растворители оказывают на организм отрицательное воздействие; при невысоких концентрациях это проявляется в возбуждении, а при высоких концентрациях - в головных болях, головокружении, сонливости, повышенной раздражительности, тошноте и рвоте [9-10].

Отдельные растворители (ацетон, бензин, спирты и др.) раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей и могут также вызвать кожные заболевания воспалительного и аллергического характера. Растворители, попавшие в организм в большом количестве, могут вызвать острую форму отравления. Это может произойти при окраске больших поверхностей без надлежащего проветривания помещения. Окраска подогретыми лакокрасочными материалами также может привести к созданию высокой концентрации паров растворителей в зоне дыхания и острому отравлению [11-12].

В пищеварительный тракт вредные вещества могут попасть при приеме пищи (если руки плохо вымыты), курении.

Опасность для человека в условиях пожара определяется тремя основными факторами: воздействиями высоких температур, дыма и токсичных продуктов горения. Из-за них люди гибли испокон веку. Однако если раньше от ожогов погибало более 60 % пострадавших, то в настоящее время их удельный вес снизился до 20-15 %, а число отравленных токсичными продуктами горения возросло в ряде случаев до 70-80 % от общего числа погибших, что связывается исследователями с широким внедрением во все отрасли производства, строительство и быт полимерных материалов [13-14].

.3 Виды растворителей и их назначение

Растворители органического происхождения широко востребованы в химической промышленности, а также в сферах строительства, ремонта, производства ЛКМ, автомобилестроения, полиграфии и др. Их применяют для расщепления жиров, приготовления клеевых составов и пропиток, удаления загрязнений и наслоений. В качестве разбавителей и разжижителей лакокрасочных материалов на основе алифатических и ароматических углевноодородов используется достаточно широкий ассортимент смешанных сольвентов разного состава, за редким исключением это легковоспламеняющиеся и весьма токсичные жидкости. С повышенной пожарной опасностью и химической вредностью сольвентов производители разных материалов вынуждены мириться из-за хорошей растворимости в них органических и высокомолекулярных веществ, которые входят в состав лаков и красок.

Растворители играют в малярном деле не последнюю роль - они помогают достичь оптимальной консистенции для нанесения краски, а значит, гарантировать хороший результат малярных работ [15]. Для окраски разнообразных поверхностей часто требуется изменить консистенцию краски, для этого используются растворители и разбавители.

Растворителями называются летучие органические жидкости, используются они для придания краске нужной малярной консистенции. Бывают растворители: для масляных красок - бензин, уайт-спирит, скипидар; для глифталевых и битумных лаков и красок - сольвент-нафта, скипидар, ксилол; для перхлорвиниловых красок - ацетон [16]. Для клеевых и водно-дисперсионных красок лучшим растворителем и разбавителем считается вода.

Разбавители и разжижители не обладают растворяющей способностью, а просто снижают вязкость густотертых красок, годятся и для разведения сухих минеральных красок-пигментов. Самые известные разбавители - олифы и всевозможные эмульсии. Если грунтовка ил краска загустели от времени, их можно развести растворителем, а затем придать нужную консистенцию разбавителем или разжижителем. Содержание добавок в составе не должно быть выше 5 %.

Растворители и разбавители помогут очистить от загрязнений любые поверхности, отмыть малярные кисти.

Растворители легко испаряются и имеют резкий запах, поэтому при работе с ними проветривайте помещение [17-18].

Группа углеводородов:

В ходе перегонки малосернистой нефти получают бензин «Галоша» (Нефрас). Они представляют собой прозрачную жидкость (допускается желтоватый оттенок) со сладковатым запахом. Главным отличием представленных продуктов является ярко выраженные свойства по растворению красок и эмалей.

Их используется для разбавления ЛКМ, подготовки и очистки поверхностей. Эти сильные растворители востребованы в ювелирном деле, где требуется высокий результат при минимальных дозировках.

Октановое число у состава С2 80/120, БР-2 порядка 52-ух. Этот показатель выше, чем у любого автомобильного бензина. Октановое число говорит о способности смеси противостоять воспламенению при сжатии.

Фраза «октановое число порядка 52-х» значит, что показатель приблизительный, зависит от состава галоши. У обычных же бензинов октановое число фиксированное. Не зря, существуют виды топлива. Так, октановый показатель 92-го бензина равен 92-ум, 95-го - 95-ти и так далее.

В результате смешивания алифатических и ароматических углеводородов получается жидкое прозрачное вещество с острым специфическим запахом - уайт-спирит. Субстанция характеризуется большой эффективностью по обезжириванию поверхностей и удалению масляных загрязнений.

Кроме этого, он используется в качестве разбавителя алкидных эмалей, лаков, мастик на основе битума или каучука. Композит растворит жиры, нефтяные фракции, органические соединения кислорода, азота и др.

При изготовлении такого вещества, как уайт-спирит соблюдаются следующие правила производства: Доля ароматических углеводородов на объем полученной жидкости составляет не более чем 16 процентов. Предельная температура перегонки не должна превышать отметки в 160 градусов [19]. Категорически запрещается добавлять в данное вещество какие-либо механические примеси в виде воды, водорастворимых щелочей и кислот.

Также одним из основных отличий рассматриваемого вещества является уровень концентрации ароматических углеводородов. В составе данных средств допускается наличие 16 процентов ароматических углеводородов от суммарного объема спирита. В зарубежных же аналогах такое вещество вовсе не употребляется при производстве.

«Уайт-спирит» или Нефрас-С4 155/200 относится к группе так называемых смешанных растворителей, об этом свидетельствует индекс «С», в названии продукта. В их состав входит около 50 % углеводородов всех классов.

Благодаря 16% ароматических углеводородов, в общей массы растворителя, «Уайт-спирит» относится к 4 подгруппе классификатора.

В названии продукта - «Нефрас-С4-155/200» - также указана температура пределов его кипения при градусах Цельсия: 155/200 градусов.

Для разбавления красок и обезжиривания как в промышленности, так и в быту применяют растворитель 646. Он представляет собой жидкость, бесцветную или слегка желтоватого оттенка, которая имеет специфический запах. С его помощью лакокрасочные материалы доводят до необходимой вязкости. К тому же, им хорошо промывать малярные инструменты и убирать пятна органической природы.

Растворитель очень эффективен и универсален, благодаря особенному химическому составу. Этанол (15 %), бутанол (10 %), толуол (50 %), этилцеллозольв (8 %), ацетон (7 %), бутилацетат (10 %) - все это отражает, какой имеет растворитель 646 состав, технические характеристики его также в большинстве своем зависят от этих пропорций [20].

Растворитель 646, применение которого рассчитано на нитролаки, нитроэмали, глифталевые и эпоксидные грунтовки, придает дополнительный блеск лакокрасочному покрытию после высыхания. Он является наиболее активным растворителем, поэтому при работе с ним нужна аккуратность, иначе можно испортить нижний слой краски.

При пиролизе нефтяных фракций получают ароматический нефтяной растворитель - сольвент, который содержит более 50 % ароматических углеводородов, а также небольшой процент нафтеинов, парафинов и непредельных циклических углеводородов. Сольвент нефтяной представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость с характерным запахом, обладающую сильным раздражающим действием на кожу, слизистые оболочки глаз и органы дыхания, быстро испаряется, не оставляя запаха на обрабатываемой поверхности.

Назначение: Сольвент нефтяной служит для доведения лакокрасочных материалов до рабочей консистенции, а также можно проводить очистку поверхностей. Сольвент нефтяной предназначен для разбавления меламиноалкидных, кремнийорганических, фенольных, алкидно-стирольных, полиакрилатных, алкидно-уретановых, эпоксиэфирных и других лакокрасочных материалов специального назначения.

В результате процесса ректификации «черного золота» или прямой перегонки получают керосин - горючую, прозрачную (или желтоватую) нефтяную фракцию, слегка маслянистую на ощупь. Его применяют как топливо для авиации, нефтяной растворитель, горючее для обжига фарфора и стекла [21].

В зависимости от химического состава и способа нефтепереработки, из которой получен керосин, в его состав входят:

- предельные алифатические углеводороды - 20-60 %, нафтеновые 20-50 %

бициклические ароматические 5-25 %, непредельные - до 2 %, примеси сернистых, азотистых или кислородных соединений [22].

1.4 Общая характеристика алифатических и ароматических углеводородов

К предельным углеводородам (алканам (парафинам)) относятся соединения с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом простыми (одинарными) связями, а остальные свободные их валентности насыщены атомами водорода. В обычных условиях алканы мало реакционноспособны, откуда возникло их название "парафины" - от лат. parrum affinis - малоактивный.

Члены гомологического ряда предельных углеводородов отвечают общей формуле C_nH_2n+2. Простейшим представителем насыщенных углеводородов является метан, структурная формула которого:

В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов - газы, C₅-C₁₇ - жидкости, а начиная с C₁₈ - твердые вещества. Температуры плавления и кипения алканов их плотности увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями [23].

Физические свойства некоторых алканов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Физические свойства некоторых алканов

* Здесь и далее в таблицах физических свойств веществ d₄²⁰ - плотность. Приводится относительная плотность, т.е. отношение плотности вещества при 20 °С к плотности воды при 4 °С.

Предельные углеводороды в обычных условиях не взаимодействуют ни с концентрированными кислотами, ни со щелочами, ни даже с таким активным реагентом как перманганат калия. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции вследствие прочности связей C-C и C-H протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

Алкины - алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна тройная связь.

Углеводороды ряда ацетилена являются еще более непредельными соединениями, чем соответствующие им алкены (с тем же числом углеродных атомов). Это видно из сравнения числа атомов водорода в ряду:

С₂Н₆ C₂H₄ С₂H₂

этан этилен ацетилен

Алкины образуют свой гомологический ряд с общей формулой, как и у диеновых углеводородов

С_nH_2n-2

Физические свойства. Ацетиленовые углеводороды, содержащие в молекуле от двух до четырех углеродных атомов, - газы, начиная с C₅H₈ - жидкости, а высшие алкины (с С₁₆Н₃₀ и выше) - твердые вещества. Физические свойства некоторых алкинов показаны в табл. 1.2.