Краска играет важнейшую роль во многих отраслях промышленности. Мировой рынок красок и покрытий оценивался в $206,56 млрд. в 2023 году и рос с темпом CAGR около 4,5% в период между 2021 и 2027 годами. Такой рост свидетельствует о том, насколько важны краски для таких отраслей, как строительство и транспорт. Производство красок включает в себя различные компоненты, в том числе пигменты, которые обеспечивают цвет и покрытие; связующие вещества, которые удерживают частицы пигмента вместе и прикрепляют их к поверхностям; жидкости, которые переносят пигменты и связующие вещества; добавки, которые улучшают определенные свойства или характеристики красок. Знание этих вещей помогает людям понять, почему производство красок является таким сложным и в то же время точным.
Сырье и ингредиенты
Пигменты
Виды пигментов
Пигменты придают краске цвет и непрозрачность. Существует два основных типа пигментов: органические, изготовленные из молекул на основе углерода (например, ярко-красные); неорганические, полученные из минеральных соединений (например, белый диоксид титана). Органические пигменты дают яркие оттенки, в то время как их аналоги обеспечивают отличную кроющую способность или стойкость, особенно при длительном воздействии света.
Источники пигментов
Производители получают пигменты из многих источников, включая минералы, растения и т.д. - как вещества природного происхождения, так и синтетически полученные химические вещества в результате различных процессов, направленных на достижение определенных цветов, желаемых конечными потребителями. Например, широко используемый пигмент диоксид титана получают из ильменита, который является минералом среди прочих, а оксид цинка, еще один распространенный пигмент, получают из руд, содержащих этот металл, в то время как некоторые органические пигменты могут быть получены из материалов на основе нефти.
Переплетчики
Виды скоросшивателей
Связующие вещества используются для того, чтобы удерживать частицы пигмента вместе и прикреплять их к окрашиваемой поверхности. Акрилы обеспечивают хорошую адгезионную гибкость; алкиды - долговечный блеск; эпоксидные смолы - сильную адгезионную химическую стойкость; полиуретаны - отличную стойкость к истиранию и т.д.
Функции связующих элементов
Функцию связующих веществ в краске невозможно переоценить. Они обеспечивают прилипание или адгезию пигмента к окрашенной поверхности; они также влияют на ее твердость, которая влияет на длительность высыхания, а также на другие факторы, такие как водостойкость и т.д. Например, акриловые краски обладают гибкостью в тех случаях, когда ожидается растрескивание, в то время как алкидные повышают блеск и твердость лаковой пленки.
Растворители
Виды растворителей
Растворители растворяют связующие вещества и способствуют нанесению краски. Существует два основных типа: растворители на водной основе (или водоразбавляемые краски), в которых в качестве основного растворителя используется вода; растворители на основе органических соединений (например, минеральных спиртов или скипидара). Каждый тип имеет свои преимущества, в зависимости от того, чего человек хочет добиться при нанесении покрытия.
Роль растворителей в производстве красок
Растворитель регулирует вязкость, облегчая нанесение краски; кроме того, он испаряется после нанесения, ускоряя время высыхания. Краски на водной основе содержат низкий уровень летучих органических соединений, поэтому считаются экологически чистыми и при этом обеспечивают хорошую текучесть и выравнивающие свойства, необходимые для высокоэффективных покрытий, в отличие от красок на основе растворителей.
Добавки
Виды добавок
- Загустители: Загущают консистенцию краски.
- Дисперсанты: Помогают равномерно распределить пигменты.
- Пеногасители: Уменьшают пенообразование во время смешивания.
- Биоциды: Предотвращают рост микроорганизмов.
- УФ-стабилизаторы: Защищают от повреждения ультрафиолетовыми лучами.
Назначение добавок
Загустители улучшают консистенцию, обеспечивая гладкость при нанесении; диспергаторы предотвращают комкование, обеспечивая равномерное окрашивание; пеногасители устраняют пузырьки, обеспечивая безупречное покрытие; биоциды продлевают срок годности, подавляя рост плесневых бактерий; УФ-стабилизаторы повышают стойкость к вредным солнечным лучам
Добавки необходимы для создания хорошей краски. Каждый вид добавок затрагивает различные аспекты эффективности краски.
Процесс производства красок
Используемое оборудование для предварительного смешивания
Для предварительного смешивания используется различное оборудование. Высокоскоростные диспергаторы смешивают пигменты со связующими веществами и растворителями. Миксеры обеспечивают равномерное распределение всех ингредиентов. В резервуарах хранится предварительно смешанный материал до начала измельчения. Насосы перемещают смесь между различными этапами.
Шаги, выполняемые при предварительном смешивании
Процесс предварительного смешивания начинается с отмеривания сырья. Пигменты, связующие вещества и растворители добавляются в смеситель операторами. Высокоскоростной диспергатор смешивает эти компоненты вместе, пока они не станут однородными. После этого предварительно смешанный материал перемещается в резервуары для хранения, где он находится некоторое время, прежде чем пройти стадию измельчения, если это необходимо, чтобы не потерять качество при транспортировке или по какой-либо другой причине.
Шлифование
Назначение шлифования
Измельчение производится для уменьшения размера частиц пигмента, что обеспечивает лучшую прочность и укрывистость цвета, а также гладкость поверхности краски. Правильное измельчение обеспечивает равномерную дисперсию пигментов в среде, например, в масляной или водоэмульсионной связующей системе, используемой для производства красок.
Техника шлифования
В шаровых мельницах используются вращающиеся цилиндры, заполненные мелющими средами (стальными шарами), которые измельчают крупные частицы под действием силы удара, обусловленной их весом, когда они падают с высоты на более мелкие, лежащие в нижней части внутри корпуса барабана мельницы.) В бисерных мельницах вместо стальных шаров используются мелкие шарики (носители) из стекла или керамики, поскольку эти материалы имеют меньшую плотность, чем металлы, а значит, требуют меньше энергии при измельчении, поскольку более легкие частицы будут подниматься выше, чем тяжелые, толкаемые вниз друг к другу под действием силы тяжести, что позволяет достичь более высокой скорости измельчения, но при этом получить тонкий гранулометрический состав, равный эффективности процесса шарового измельчения. В аттриторах используется высокоскоростное перемешивание, обеспечиваемое вертикальными рычагами мешалки, установленными горизонтально в верхней части внутри закрытой цилиндрической камеры, содержащей увлажненные твердые частицы, смешанные с жидкой средой, такой как вода или органический растворитель. Это достигается за счет вращения крыльчаток (лопастей) на высоких оборотах в минуту, которые создают интенсивный турбулентный поток в области верхушки, где происходит основная часть измельчения между частицами среды и стенками контейнера во время каждого цикла вращения.
Смешивание
Высокоскоростное смешивание
Дальнейшая гомогенизация краски осуществляется с помощью высокоскоростного смешивания. Это обеспечивает равномерное распределение каждого компонента по всему объему, а также по всей площади поверхности, доступной для контакта с воздухом в процессе сушки. Высокоскоростные миксеры работают на повышенных скоростях, создавая при этом однородную и стабильную смесь.
Диспергирующие вещества
Важность при смешивании
Эти химические вещества используются для предотвращения слипания пигментов на стадии смешивания, чтобы они могли равномерно диспергироваться в связующей системе, обеспечивая хорошее развитие цвета и блеск при образовании сухой пленки после нанесения на поверхность подложки. Они также помогают добиться гладкой поверхности без видимых разводов или пятен, остающихся после неравномерного оседания твердых частиц в жидкой среде, используемой для изготовления красок.
Прореживание и регулировка
Контроль вязкости
Важно контролировать вязкость краски, чтобы она плавно растекалась при нанесении на различные поверхности. Производители добавляют растворители, чтобы соответствующим образом отрегулировать этот параметр в зависимости от желаемых характеристик конечного продукта, таких как легкость нанесения кистью, валиком, распылением и т.д. Например, высоковязким краскам могут потребоваться разбавители, а низковязким - загустители, но все это должно быть сделано правильно, иначе могут получиться плохие результаты, такие как сползание, провисание, потеки, капли и т.д., которые влияют на общее качество внешнего вида покрытых объектов, вызывая недовольство клиента приобретенным товаром или услугой, предоставленной поставщиком.
Консистенция от партии к партии
Контроль температуры
Качественная краска сохраняется при соблюдении температурного режима. Производители рекомендуют хранить краски при температуре от 50°F до 80°F. Слишком высокая или слишком низкая температура может повлиять на их густоту и устойчивость, соответственно, а также заставить их отделять компоненты в тепле, в то время как в холодную погоду они могут загустеть, что приведет к ухудшению сроков хранения.
Требования к сроку хранения
Несколько факторов определяют, как долго продукт пролежит на полках до того, как испортится; среди них - сроки годности, указанные самими производителями или на этикетках, прикрепленных к контейнерам в местах покупки, что указывает на срок годности до пяти лет при правильном хранении, но воздействие воздуха и влаги значительно сокращает этот срок, поэтому при осмотре всегда следует принюхиваться к неприятному запаху или ощущать комки, чтобы не обнаружить таких признаков, свидетельствующих об обратном; поэтому соблюдение инструкций по хранению товаров гарантирует наилучший результат каждый раз.
Соображения по охране окружающей среды и безопасности
Управление отходами
Утилизация опасных материалов
При производстве красок образуются опасные отходы. Это делает необходимым соблюдение правильных методов утилизации, чтобы не навредить окружающей среде. Предприятия должны знать, что существуют различные правила, регулирующие порядок избавления от таких веществ, в зависимости от того, с каким типом отходов они имеют дело; некоторые компании специализируются на сборе и переработке таких отходов, в то время как другие сжигают их с помощью огня или применяют химические вещества, нейтрализующие их вредное воздействие.
Практика переработки отходов
В наши дни многие отрасли промышленности стараются сократить количество мусора, сохраняя при этом природные ресурсы, благодаря программам вторичной переработки, выдвинутым компаниями, производящими краски, а также упаковочные материалы и т.д. Даже неиспользованные части могут послужить другой цели, если их снова переработать в новые изделия. Аналогичным образом, растворители и контейнеры, используемые в производственных процессах, могут пройти определенную обработку с последующими процедурами раздельной очистки на предприятиях, где они были произведены, что приводит к уменьшению количества мусора, выбрасываемого на свалки, а также снижает производственные затраты и способствует устойчивому развитию благодаря эффективным системам преобразования отходов в полезные продукты.
Меры безопасности
Средства индивидуальной защиты (СИЗ)
Работники, занимающиеся покраской, должны иметь при себе надлежащие СИЗ для обеспечения собственной безопасности. Сюда входят перчатки, маски и очки, которые защищают их от химикатов, а также от физических травм, которые могут произойти в рабочее время; некоторые виды работ требуют от сотрудников носить респираторы при работе с летучими веществами, в то время как другие требуют носить специальную одежду, чтобы не вступать в прямой контакт с опасными материалами, поэтому важно постоянно обучать персонал по этим вопросам, пока они не станут обычной практикой, которой строго следуют все заинтересованные стороны, иначе несоблюдение правил может привести к несчастным случаям на рабочем месте, что поставит под угрозу жизни или причинит вред даже после окончания рабочего дня.
Протоколы безопасности на производственных объектах
Производственные предприятия всегда очень строго следили за соблюдением правил безопасности в своих помещениях. Например, регулярно проводятся проверки на наличие потенциальных опасностей, а вентиляционные системы помогают контролировать частицы в воздухе, способные вызвать проблемы со здоровьем у работников, которые дышат таким загрязненным воздухом; должны быть разработаны надлежащие аварийные процедуры на случай разливов в любом месте заводских цехов, включая пожары, где огнетушители плюс сигнализация должны быть стратегически расположены в легкодоступных местах по всему зданию, кроме того, необходимо иметь под рукой стандартное противопожарное оборудование, например, пожарные машины, которые могут быстро реагировать на вызовы из разных частей организации; Соблюдение отраслевых стандартов и соответствующих законов гарантирует, что предприятия остаются безопасными для всех заинтересованных лиц, поэтому необходимо осуществлять постоянный контроль на случай, если кто-то забудет следовать одному или двум пунктам, связанным с "делать" или "не делать", поскольку выполнение всех этих мер защищает сотрудников от травм, а также защищает окружающую среду от загрязнения, вызванного процессами производства краски.
Процесс производства краски включает в себя несколько важнейших этапов, в том числе выбор сырья, предварительное смешивание, измельчение, смешивание, разбавление и контроль качества. Каждый этап гарантирует, что конечный продукт будет соответствовать промышленным стандартам эффективности и безопасности.
Обеспечение качества и техника безопасности - важнейшие составляющие в поддержании высокого качества красок. Эти меры гарантируют долговечность краски благодаря тщательным испытаниям, которые проводятся в соответствии с установленными правилами, чтобы убедиться в ее экологичности и способности выдерживать различные условия; кроме того, использование средств индивидуальной защиты (СИЗ), а также соблюдение правил безопасного труда защищают работников от опасностей, связанных с обращением с красками.
Будущие тенденции в производстве красок сосредоточены на экологичности и инновациях. Экологически чистые материалы разрабатываются наряду с методами переработки, чтобы уменьшить воздействие этой деятельности на окружающую среду; дальнейшие усовершенствования направлены на повышение эффективности на различных этапах производства, что приводит к повышению уровня производительности в сочетании с постоянным достижением высочайших стандартов качества.