Фарба відіграє важливу роль у багатьох галузях промисловості. У 2023 році світовий ринок лакофарбових матеріалів оцінювався в 1 трлн. 4 трлн. 206,56 млрд. доларів США, а середньорічні темпи зростання становили близько 4,51 трлн. 3 трлн. доларів США, що прогнозується на період з 2021 по 2027 рік. Таке зростання показує, наскільки важливими є фарби для таких секторів, як будівництво та транспорт. Виробництво фарб включає різні компоненти, зокрема пігменти, які забезпечують колір і покриття; сполучні речовини, які утримують частинки пігменту разом і прикріплюють їх до поверхонь; рідини, які переносять пігменти і сполучні речовини; добавки, які покращують певні властивості або характеристики фарб. Знання цих речей допомагає людям зрозуміти, чому виробництво фарб є таким складним і водночас точним.
Сировина та інгредієнти
Пігменти
Типи пігментів
Пігменти надають фарбі колір і непрозорість. Існує два основних типи пігментів: органічні, виготовлені з молекул вуглецю (наприклад, яскраво-червоні); неорганічні, отримані з мінеральних сполук (наприклад, білий діоксид титану). Органічні пігменти дають яскраві відтінки, тоді як їхні аналоги забезпечують чудову покривну здатність або довговічність, особливо під впливом світла протягом тривалого часу.
Джерела пігментів
Виробники отримують пігменти з багатьох джерел, включаючи мінерали, рослини тощо - як природні речовини, так і синтетичні хімічні речовини за допомогою різних процесів, призначених для досягнення певних кольорів, бажаних кінцевим споживачам. Наприклад, широко використовуваний пігмент діоксид титану походить з ільменіту, який є мінералом серед інших, де оксид цинку, інший поширений, походить з руд, що містять цей метал, в той час як деякі органічні пігменти можуть бути отримані на основі нафтових матеріалів.
В'яжучі речовини
Типи в'яжучих речовин
Зв'язуючі речовини використовуються, щоб утримувати частинки пігменту разом і прикріплювати їх до поверхні, на яку наноситься фарба. Акрил забезпечує хорошу адгезійну гнучкість, алкіди - довговічний блиск, епоксидні смоли - сильну адгезійну хімічну стійкість, поліуретани - відмінну стійкість до стирання і т.д.
Функції в'яжучих речовин
Функцію зв'язуючих речовин у властивостях фарби неможливо переоцінити. Вони забезпечують закріплення пігменту на пофарбованій поверхні; вони також впливають на твердість фарби, яка впливає на її стійкість після висихання, а також на інші фактори, такі як водостійкість тощо. Акрил, наприклад, має гнучкість там, де очікується розтріскування, тоді як алкіди підвищують блиск і твердість лакофарбової плівки, серед іншого.
Розчинники
Типи розчинників
Розчинники розчиняють в'яжучі речовини і допомагають наносити фарбу. Розрізняють два основних типи: розчинники на водній основі (або водоемульсійні фарби), які використовують воду як основний розчинник; розчинники на основі сольвентів (використовують органічні сполуки, такі як уайт-спірит або скипидар). Кожен тип має свої переваги, залежно від того, чого ви хочете досягти в процесі нанесення покриття.
Роль розчинників у виробництві фарб
Розчинник контролює в'язкість, що полегшує нанесення фарби, а також випаровується після нанесення, прискорюючи час висихання. Фарби на водній основі мають низький вміст летких органічних сполук, тому вважаються екологічно чистими, при цьому вони добре розтікаються і вирівнюють поверхню, що є необхідною умовою для високоякісних покриттів, на відміну від фарб на основі розчинників.
Добавки
Типи добавок
- Загусники: Згущують консистенцію фарби.
- Диспергатори: Допомагають рівномірно розподілити пігменти.
- Піногасники: Зменшують піну під час змішування.
- Біоциди: Запобігають розмноженню мікроорганізмів.
- УФ-стабілізатори: Захищають від пошкодження ультрафіолетом.
Призначення добавок
Загусники покращують консистенцію, забезпечуючи однорідність під час нанесення; диспергатори запобігають утворенню грудок, забезпечуючи однорідність забарвлення; піногасники усувають бульбашки, забезпечуючи бездоганне покриття; біоциди подовжують термін зберігання, пригнічуючи ріст пліснявих бактерій; УФ-стабілізатори підвищують стійкість до шкідливого впливу сонячних променів.
Добавки необхідні для створення якісної фарби. Кожен вид добавок впливає на різні аспекти властивостей фарби.
Процес виробництва фарби
Обладнання для попереднього змішування
Для попереднього змішування використовується різне обладнання. Високошвидкісні диспергатори змішують пігменти зі сполучними речовинами та розчинниками. Змішувачі забезпечують рівномірний розподіл усіх інгредієнтів. Ємності зберігають попередньо змішаний матеріал до того, як відбудеться подрібнення. Насоси переміщують суміш між різними етапами.
Етапи попереднього змішування
Процес попереднього змішування починається з вимірювання сировини. Пігменти, зв'язувальні речовини та розчинники додаються в змішувач операторами. Високошвидкісний диспергатор змішує ці компоненти разом, поки вони не стануть однорідними. Після цього попередньо змішаний матеріал переміщується в резервуари для зберігання, де він перебуває деякий час, перш ніж пройти стадію подрібнення, якщо це необхідно, щоб не втратити свою якість під час транспортування або з інших причин.
Шліфування
Мета шліфування
Подрібнення здійснюється для зменшення розміру частинок пігменту, що забезпечує кращу міцність кольору та покриття, а також гладкість поверхні фарби. Належне подрібнення забезпечує рівномірну дисперсію пігментів у середовищі, такому як масляна або водна емульсійна сполучна система, що використовується для виробництва фарб.
Методи шліфування
Кульові млини використовують циліндри, що обертаються, заповнені молольними тілами (сталевими кулями), які під дією сили удару, зумовленої їхньою вагою при падінні з висоти, подрібнюють великі частинки на менші, що лежать у нижній частині всередині оболонки барабана млина). У бісерних млинах замість сталевих куль використовуються маленькі кульки зі скла або кераміки, оскільки ці матеріали мають меншу щільність, ніж метали, а отже, меншу енергію, необхідну для подрібнення, оскільки легші частинки піднімаються вище над важкими, які під дією сили тяжіння штовхаються одна до одної вниз, що забезпечує більш високу швидкість подрібнення, але при цьому дає тонкий гранулометричний склад, рівний ефективності процесу кульового подрібнення. В аттриторах використовується високошвидкісне перемішування, яке забезпечується вертикальними мішалками, встановленими горизонтально через верхню частину всередині закритої циліндричної камери, що містить змочені тверді частинки, змішані з рідким середовищем, таким як вода або органічний розчинник. Це досягається за рахунок обертання робочих коліс (лопатей) на високих обертах, які створюють інтенсивний турбулентний потік в області наконечника, де більша частина подрібнення відбувається між самими частинками середовища і стінками контейнера під час кожного циклу обертання.
Змішування
Високошвидкісне змішування
Подальша гомогенізація фарби здійснюється за допомогою високошвидкісного перемішування. Це гарантує, що кожен компонент, який входить до складу фарби, рівномірно розподіляється по всьому її об'єму, а також по всій площі поверхні, доступній для контакту з повітрям під час процесу сушіння. Високошвидкісні змішувачі працюють на підвищених швидкостях, створюючи однорідну і стабільну суміш.
Диспергуючі речовини
Важливість у змішуванні
Це хімічні речовини, які використовуються для запобігання злипанню пігментів під час змішування, щоб вони могли рівномірно розподілятися по всій системі сполучних речовин, забезпечуючи тим самим гарний розвиток кольору та блиск при утворенні сухої плівки після нанесення на поверхню основи. Вони також допомагають досягти гладкого покриття без видимих смуг або плям, що залишаються через нерівномірне осідання твердих частинок у рідкому середовищі, яке використовується для виготовлення фарб.
Проріджування та регулювання
Контроль в'язкості
Важливо контролювати в'язкість фарби, щоб вона могла плавно розтікатися під час нанесення на різні поверхні. Виробники додають розчинники, щоб відрегулювати цей параметр залежно від бажаних експлуатаційних характеристик кінцевого продукту, таких як легкість нанесення пензлем, валиком, розпиленням тощо. Наприклад, високов'язкі фарби можуть потребувати розріджувачів, а низьков'язкі - загусників, але все це має бути зроблено правильно, інакше можуть виникнути неякісні результати, такі як сповзання, провисання, патьоки, підтікання тощо, які впливають на загальний якісний вигляд пофарбованих об'єктів, що призводить до незадоволення клієнта придбаним товаром або послугою, наданою постачальником.
Однорідність від партії до партії
Контроль температури
Якісну фарбу можна зберегти, регулюючи температуру. Виробники рекомендують зберігати фарби при температурі від 50°F до 80°F. Занадто висока або занадто низька температура може вплинути на їхню густину та стійкість, відповідно, а також призвести до розшарування компонентів у теплу пору, тоді як у холодну погоду вони можуть загуснути, що призведе до скорочення терміну зберігання.
Міркування щодо терміну придатності
Кілька факторів визначають, як довго продукт протримається на полицях, перш ніж зіпсується; серед них - термін придатності, вказаний самим виробником або на етикетках, прикріплених до контейнерів у місці покупки, що вказує на термін придатності до п'яти років за умови правильного зберігання, але вплив повітря та вологи значно скорочує цей період, тому завжди слід принюхуватися до неприємного запаху або обмацувати грудочки під час перевірки, щоб не виявити ознак, що свідчать про протилежне; тому дотримання інструкцій про те, де зберігати продукти, щоразу гарантуватиме найкращий результат.
Екологічні міркування та міркування безпеки
Управління відходами
Утилізація небезпечних матеріалів
Під час виробництва фарби утворюються небезпечні відходи. Це робить необхідним дотримання правильних методів утилізації, щоб не завдати шкоди навколишньому середовищу. Підприємства повинні знати, що існують різні правила, які регулюють порядок позбавлення від таких речовин, залежно від того, з яким типом вони мають справу: деякі компанії спеціалізуються на зборі та переробці таких матеріалів, інші спалюють їх вогнем або застосовують хімічні речовини, які нейтралізують їх шкідливий вплив, але в будь-якому випадку дотримання правил безпечної утилізації гарантує екологічну чистоту.
Практики переробки
Сьогодні багато галузей промисловості намагаються зменшити кількість відходів, зберігаючи при цьому природні ресурси за допомогою програм переробки, запропонованих компаніями, що виробляють фарби, пакувальні матеріали тощо, навіть ті невикористані частини можуть слугувати іншим цілям, якщо їх знову переробити на нові продукти, так само як і розчинники разом з контейнерами, що використовуються під час виробничих процесів, можуть пройти певну обробку з подальшою процедурою роздільного очищення на підприємствах, де вони були виготовлені, що призводить до зменшення кількості сміття, що вивозиться на сміттєзвалища, крім того, що це знижує виробничі витрати та сприяє сталому розвитку завдяки ефективним системам переробки відходів у корисні продукти.
Заходи безпеки
Засоби індивідуального захисту (ЗІЗ)
Працівники, які беруть участь у фарбуванні, повинні мати належні ЗІЗ для власної безпеки. Сюди входять рукавички, маски і захисні окуляри, які захищають від хімічних речовин, а також від фізичних травм, які можуть статися в робочий час; деякі роботи вимагають від працівників респіраторів при роботі з летючими речовинами, тоді як інші вимагають носіння спеціального одягу, щоб уникнути прямого контакту з небезпечними матеріалами, тому важливо постійно навчати персонал з цих питань, поки вони не стануть рутинною практикою, якої суворо дотримуватимуться всі зацікавлені сторони, інакше недотримання інструкцій може призвести до нещасних випадків на робочому місці, а отже, до загрози життю або заподіяння шкоди, навіть якщо робочий день не завершиться.
Протоколи безпеки на виробничих об'єктах
Виробничі підрозділи завжди дуже суворо ставилися до дотримання правил безпеки у своїх приміщеннях. Наприклад, регулярно проводяться перевірки на наявність потенційних небезпек, а вентиляційні системи допомагають контролювати повітряні частинки, які можуть викликати проблеми зі здоров'ям у працівників, які дихають таким забрудненим повітрям; мають бути розроблені належні процедури на випадок розливу будь-яких речовин на території заводу, включаючи пожежі, де вогнегасники та сигналізація повинні бути стратегічно розміщені в легкодоступних місцях по всій будівлі, крім того, слід мати в наявності стандартне протипожежне обладнання, таке як пожежні машини, які можуть швидко реагувати на виклики, що надходять з різних підрозділів організації; знову ж таки, дотримання галузевих стандартів разом із відповідними законами гарантує, що заклади залишаються безпечними для всіх зацікавлених сторін, тому слід здійснювати постійний моніторинг на випадок, якщо хтось забуде дотримуватися одного чи двох аспектів, пов'язаних із тим, що можна чи не можна робити, оскільки впровадження всіх цих заходів захищає працівників від травм, а також захищає навколишнє середовище від забруднення, спричиненого процесами виробництва лакофарбової продукції.
Процес виробництва фарби включає кілька важливих етапів, зокрема вибір сировини, попереднє змішування, подрібнення, змішування, розрідження та контроль якості. Кожен етап гарантує, що кінцевий продукт відповідає галузевим стандартам продуктивності та безпеки.
Забезпечення якості та заходи безпеки є важливими компонентами у підтримці високої якості фарб. Ці заходи гарантують довговічність фарби завдяки суворим процедурам тестування, які відповідають встановленим правилам, щоб визначити її екологічність та здатність витримувати різні умови; крім того, використання засобів індивідуального захисту (ЗІЗ) та дотримання безпечних методів роботи захищають працівників від небезпек, пов'язаних з роботою з фарбами.
Майбутні тенденції у виробництві фарб зосереджені на сталості та інноваціях. Екологічно чисті матеріали розробляються разом із методами переробки, щоб зменшити вплив цієї діяльності на навколишнє середовище; подальші вдосконалення спрямовані на підвищення ефективності на різних етапах виробництва, що призводить до вищих рівнів продуктивності в поєднанні з вищими стандартами якості, які завжди досягаються.