Боята играе решаваща роля в множество индустрии. Световният пазар на бои и покрития се оценява на $206,56 милиарда през 2023 г., като се очаква да нарасне с около 4,5% прогнозен CAGR за периода между 2021 и 2027 г. Този ръст показва колко важни са боите за сектори като строителството и транспорта. Производството на бои включва различни компоненти, включително пигменти, които осигуряват цвят и покритие; свързващи вещества, които задържат пигментните частици заедно и ги прикрепят към повърхностите; течности, които пренасят пигментите и свързващите вещества; добавки, които подобряват специфични свойства или характеристики на боите. Познаването на тези неща помага на хората да разберат защо производството на бои е толкова сложно и същевременно прецизно.
Суровини и съставки
Пигменти
Видове пигменти
Пигментите придават на боята цвят и покривност. Съществуват два основни вида пигменти: органични, произведени от молекули на въглеродна основа (като яркочервените); неорганични, получени от минерални съединения (като белия титанов диоксид). Органичните пигменти предлагат ярки нюанси, докато техните аналози осигуряват отлична покривност или издръжливост, особено когато са изложени на светлина във времето.
Източници на пигменти
Производителите получават пигменти от много източници, включително минерали, растения и т.н. - както естествено срещащи се вещества, така и синтетично произведени химикали чрез различни процеси, предназначени за постигане на определени цветове, желани от крайните потребители . Например, широко използваният пигмент титанов диоксид идва от илменит, който е минерал, а цинковият оксид е друг често срещан пигмент, който произхожда от руди, съдържащи този метал, докато някои органични пигменти могат да бъдат получени от материали на петролна основа.
Подвързии
Видове подвързии
Свързващите вещества се използват, за да задържат пигментните частици заедно и да ги прикрепят към повърхността, върху която се рисува. Акрилите осигуряват добра адхезионна гъвкавост; алкидите - дълготраен гланц; епоксидите - силна адхезионна химическа устойчивост; полиуретаните - отлична износоустойчивост и т.н.
Функции на подвързиите
Функцията на свързващите вещества в работата на боята не може да бъде надценена. Те гарантират, че пигментът залепва или прилепва към боядисаната повърхност; влияят също така върху нейната твърдост, която се отразява на продължителността на живота ѝ след изсъхване, както и на други фактори като водоустойчивост и др. Акрилите например имат гъвкавост, когато се очаква да се появят пукнатини, докато алкидите повишават гланца и твърдостта на бояджийския филм и др.
Разтворители
Видове разтворители
Разтворителите разтварят свързващите вещества и подпомагат нанасянето на боята. Съществуват два основни вида: разтворители на водна основа (или бои на водна основа), които използват вода като основен разтворител; разтворители на основата на разтворители (използващи органични съединения като минерален спирт или терпентин). Всеки тип има своите предимства в зависимост от това какво иска да постигне човек с работата си по нанасяне на покрития.
Роля на разтворителите в производството на бои
Разтворителят контролира вискозитета, което улеснява нанасянето на боята; също така се изпарява след нанасяне, като по този начин ускорява времето за съхнене. Боите на водна основа имат ниски нива на ЛОС, поради което се считат за екологично чисти, като в същото време осигуряват добра течливост и изравнителни свойства, необходими за висококачествени покрития, за разлика от тези на основата на разтворители.
Добавки
Видове добавки
- Сгъстители: Сгъстяват консистенцията на боята.
- Дисперсанти: Помагат за равномерното разпределение на пигментите.
- Пенообразуватели: Намаляват образуването на пяна по време на смесването.
- Биоциди: Предотвратяват развитието на микроорганизми.
- UV стабилизатори: Предпазват от увреждане от ултравиолетова светлина.
Предназначение на добавките
Сгъстителите подобряват консистенцията, като по този начин осигуряват гладкост по време на нанасяне; дисперсантите предотвратяват слепването, което води до равномерно оцветяване; пенообразувателите елиминират мехурчетата, придавайки безупречен завършек; биоцидите удължават срока на годност, като потискат растежа на плесенните бактерии; UV стабилизаторите повишават издръжливостта срещу вредните слънчеви лъчи.
Добавките са необходими за производството на добра боя. Всеки вид добавка е насочен към различен аспект от работата на боята.
Процес на производство на бои
Използвано оборудване за предварително смесване
При предварителното смесване се използва различно оборудване. Високоскоростните дисперсери смесват пигментите със свързващи вещества и разтворители. Смесителите осигуряват равномерно разпределение на всички съставки. В резервоарите се съхранява предварително смесеният материал, преди да се извърши смилането. Помпи пренасят сместа между различните етапи.
Стъпки, свързани с предварителното смесване
Процесът на предварително смесване започва с измерване на суровините. Пигментите, свързващите вещества и разтворителите се добавят в смесителя от операторите. Високоскоростният дисперсор смесва тези компоненти заедно, докато станат хомогенни. След тази стъпка предварително смесеният материал се премества в резервоари за съхранение, където престоява известно време, преди да премине през етап на смилане, ако е необходимо, за да не загуби качеството си по време на транспортиране или по друга причина.
Шлайфане
Цел на смилането
Смилането се извършва, за да се намали размерът на пигментните частици, което дава по-добра сила на цвета и покритие, както и гладкост на повърхността на боята. Правилното смилане осигурява равномерна дисперсия на пигментите в среда като емулсионна свързваща система на маслена или водна основа, използвана за производство на бои.
Техники за смилане
В топковите мелници се използват въртящи се цилиндри, пълни с мелеща среда (стоманени топки), които раздробяват големите частици чрез ударни сили, дължащи се на теглото им, когато те падат от височина върху по-малките частици, намиращи се в долната част на корпуса на барабана на мелницата.) В топковите мелници вместо стоманени топки се използват малки топчета (носители), изработени от стъкло или керамични материали, тъй като тези материали имат по-ниска плътност от металите, поради което се изисква по-малко енергия по време на смилането, тъй като по-леките частици ще бъдат издигнати по-високо над тежките, които ще бъдат изтласкани надолу една срещу друга под действието на гравитационната сила, като по този начин се постига по-бърза скорост на намаляване, но все пак се получава фино разпределение на размера на частиците, равно на ефективността на процеса на топковото смилане. Атриторите използват високоскоростно разбъркване, осигурявано от вертикални бъркалки, монтирани хоризонтално през горната част в затворена цилиндрична камера, съдържаща навлажнени твърди частици, смесени заедно с течна среда, като вода или органичен разтворител. Това се постига чрез въртене на работните колела (лопатки) при високи обороти, които създават интензивен турбулентен поток в близост до областта на върха, където се извършва по-голямата част от смилането между самите частици на средата и срещу стените на контейнера по време на всеки цикъл на въртене.
Смесване
Високоскоростно смесване
По-нататъшното хомогенизиране на боята се извършва с помощта на високоскоростно смесване. Това гарантира, че всеки компонент в нея се разпределя равномерно в целия й обем, както и върху цялата повърхност, която е на разположение за контакт с въздуха по време на процеса на сушене. Високоскоростните смесители работят с повишена скорост, като същевременно създават еднородна и стабилна смес.
Диспергиращи агенти
Значение при смесването
Това са химикали, които се използват за предотвратяване на слепването на пигментите по време на смесването, така че те да могат да се разпръснат равномерно в системата на свързващото вещество, като по този начин осигуряват добро развитие на цвета и гланц, когато се образува сух филм след нанасяне върху повърхността на основата. Те също така спомагат за постигане на гладко покритие без видими ивици или петна, оставащи вследствие на неравномерното утаяване на твърдите частици в течната среда, използвана за производство на бои.
Прореждане и регулиране
Контрол на вискозитета
Важно е да се контролира вискозитетът на боята, за да може тя да тече гладко по време на нанасяне върху различни повърхности. Производителите добавят разтворители, за да регулират този параметър в зависимост от желаните от тях характеристики на крайния продукт, като например лекота на четкане, търкаляне, пръскане и т.н. Например боите с висок вискозитет могат да се нуждаят от разредители, а тези с нисък вискозитет - от сгъстители, но всичко това трябва да се извърши правилно, в противен случай могат да се получат лоши резултати, като пълзене, провисване, течове, капки и т.н., които влияят на цялостното качество на покритите предмети, което води до недоволство на клиента от закупения артикул или услугата, предоставена от доставчика.
Съответствие между партидите
Контрол на температурата
Качеството на боята се запазва чрез регулиране на температурата. Производителите препоръчват боите да се съхраняват при температура между 50°F и 80°F. Твърде високите или твърде ниските температури могат да повлияят съответно на дебелината и стабилността им, както и да ги накарат да отделят компоненти, когато е топло, докато при студено време могат да се сгъстят, което би довело до влошаване на срока на съхранение.
Съображения за срока на годност
Няколко фактора определят колко време ще издържи даден продукт на рафтовете, преди да се развали; сред тях са сроковете на годност, дадени от самите производители или посочени чрез етикетите, прикрепени към контейнерите в момента на покупката, като по този начин се посочва срок на годност до пет години, ако се съхранява правилно, но излагането на въздух и влага съкращава значително този период, поради което човек винаги трябва да подушва за лоша миризма или да усеща бучки по време на проверката, за да не открие подобни признаци, които показват обратното; следователно спазването на инструкциите за това къде да се съхраняват продуктите гарантира най-добър резултат всеки път.
Съображения, свързани с околната среда и безопасността
Управление на отпадъците
Изхвърляне на опасни материали
При производството на бои се образуват опасни отпадъци. Затова е необходимо да се спазват правилните методи за изхвърляне, за да не се уврежда околната среда около нас. Предприятията трябва да са наясно, че има различни правила, които определят как трябва да се отърват от такива вещества в зависимост от това с какъв вид се занимават; някои компании са специализирани в събирането и третирането на този вид неща, докато други ги изгарят с помощта на огън или прилагат химикали, които неутрализират вредното им въздействие, във всеки случай спазването на безопасните практики за отстраняване гарантира екологичност.
Практики за рециклиране
В днешно време много индустрии се опитват да намалят количеството на отпадъците, като същевременно запазват природните ресурси чрез програми за рециклиране, представени от компании, които произвеждат бои, наред с други неща като опаковъчни материали и т.н., дори тези неизползвани части могат да служат за друга цел, ако се преработят отново в нови продукти.По същия начин разтворителите, заедно с контейнерите, използвани по време на производствените процеси, могат да бъдат подложени на определена обработка, последвана от процедури за почистване в рамките на съоръженията, в които са били произведени, като по този начин се намалява количеството на отпадъците, изхвърляни на сметищата, освен това се намаляват производствените разходи и се насърчава устойчивото развитие чрез ефективни системи за превръщане на отпадъците в полезни продукти.
Мерки за безопасност
Лични предпазни средства (ЛПС)
Работниците, участващи в боядисването, трябва да носят подходящи лични предпазни средства за собствената си безопасност. Това включва ръкавици, маски и очила, които ги предпазват от химикали, както и от физически наранявания, които могат да възникнат по време на работа; някои работни места изискват от служителите да носят респиратори, когато работят с летливи вещества, а други изискват носенето на специално облекло, за да не влизат в пряк контакт с опасни материали, поради което е важно персоналът да се обучава непрекъснато по тези въпроси, докато те се превърнат в рутинна практика, следвана стриктно от всички заинтересовани страни, в противен случай неспазването на насоките може да доведе до инциденти на работното място, което да застраши живота или да причини вреда дори след края на работното време.
Протоколи за безопасност в производствените помещения
Производствените предприятия винаги са били много стриктни по отношение на спазването на правилата за безопасност в помещенията си. Например редовно се проверяват потенциалните опасности, а вентилационните системи помагат да се контролират пренасяните във въздуха частици, които могат да причинят здравословни проблеми на работниците, които дишат такъв замърсен въздух; трябва да има подходящи аварийни процедури, описани в случай на разливи навсякъде по производствените етажи, включително пожари, при които пожарогасителите и алармите трябва да бъдат стратегически разположени на леснодостъпни места в сградите, освен това трябва да има стандартно противопожарно оборудване, което да е лесно достъпно, като например пожарни коли, които могат бързо да се отзоват на повиквания от различни части на организацията; отново спазването на индустриалните стандарти и съответните закони гарантира, че предприятията остават безопасни за всички заинтересовани страни, поради което следва да се извършва непрекъснат мониторинг, в случай че някой забрави да спазва един или два аспекта, свързани с "да" или "не", тъй като прилагането на всички тези мерки предпазва служителите от наранявания, като същевременно защитава околната среда около нас от замърсяване, причинено от процесите на производство на бои.
Процесът на производство на бои включва няколко важни етапа, включително избор на суровини, предварително смесване, смилане, смесване, разреждане и контрол на качеството. Всяка стъпка гарантира, че крайният продукт отговаря на индустриалните стандарти за ефективност и безопасност.
Осигуряването на качеството и предпазните мерки за безопасност са основни компоненти за поддържане на висококачествени бои. Тези мерки гарантират дълготрайността на боята чрез строги процедури за изпитване, които отговарят на определените насоки, за да се установи нейната екологичност и способност да издържа на различни условия; също така носенето на лични предпазни средства (ЛПС), както и спазването на безопасни работни практики, предпазват работниците от опасности, свързани с работата с бои.
Бъдещите тенденции в производството на бои са насочени към устойчивост и иновации. Разработват се екологосъобразни материали, както и техники за рециклиране, за да се намали въздействието на тези дейности върху заобикалящата ни среда; направени са допълнителни подобрения за повишаване на ефективността по време на различните етапи на производството, което води до по-високи нива на производителност, съчетани с винаги постигани високи стандарти за качество.