Снижение выбросов формальдегида при использовании защитных покрытий на водной основе
Как правило, биоциды содержат формальдегид, который является мощным антибактериальным и противогрибковым средством. При определенных условиях, например, в процессах сушки покрытий этот формальдегид выделяется и вносит вклад в общие выбросы литейного производства.
Поскольку формальдегид считается вредным веществом, нормы его выброса постоянно ужесточаются. Так, регламент ЕС по выбросам вредных веществ (2008/50/EG) был недавно пересмотрен с целью дальнейшего снижения допустимых уровней выбросов парниковых газов с 20 мг/м³ до 5 мг/м³. Новые ограничения касаются даже литейных заводов с установками для очистки отработанных газов. Во многих случаях потребуются дополнительные инвестиции в новые системы очистки.
Новый регламент вступил в силу в феврале 2020 года. Ведущие производители приняли вызов, предложив новое связующее на водной основе, которое помогает литейным предприятиям снизить выбросы формальдегид в той точке процесса, где концентрация наиболее высока — в выхлопной трубе активной зоны сушильной установки. Однако в этой статье речь не об уровнях формальдегида в связующих как таковых — в ней обсуждаются общие выбросы формальдегидов, на которые влияет процесс сушки покрытия.
Покрытие для снижения выбросов парниковых газов
Литейные производства, применяющие связующие на водной основе последовательно отказываются от покрытий на основе растворителей, например, на основе этилсиликата, сушку которого часто производят во вредных аммиачных парах. Эта тенденция соответствует экологическим требованиям, однако продуктам на водной основе требуется защита от микробиологического влияния.
Покрытие на водной основе — бактериальная инфекция: эффекты, действия, решения
Поскольку переход от покрытий на основе растворителей к покрытиям на водной основе в Европе происходит всё более быстрыми темпами, необходимо обратить внимание литейных предприятий на влияние микроорганизмов на характеристики покрытия, которое обычно малоизвестно.
Изменение свойств материала в случае заражения микроорганизмами:
изменение запаха;
снижение величины pH;
повышенная седиментация;
ухудшение текучести;
уменьшение покрытия краёв;
графитовая флотация;
проникновение покрытия сверх необходимого, что приводит к поломке керамической формы или стержней;
синерезис;
изменение характеристик смачивания;
трещины на поверхности покрытия.
Защита продукта
Все инновационные покрытия на водной основе имеют в составе биоцид, который защищает продукт в течение указанного срока хранения от ухудшения свойств из-за роста микроорганизмов.
Однако при разбавлении загрязнённой водой и/или введении в покрытие материала, который поддерживает рост микроорганизмов (например, амин действует как удобрение для бактерий), загрязнение всё же может происходить.
Эти биоциды остаются внутри нанесенного влажного слоя покрытия, и пока покрытие высыхает постепенно высвобождают формальдегид. В случаях, когда сушка ускоряется за счёт использования сушильных (прокалочных) печей, уровни выбросов ПГ обычно выше в печи и, следовательно, в вентиляционной трубе печи, где концентрированные газы представляют опасность для окружающей среды.
Состав покрытия
По сравнению с остальными компонентами, необходимыми для изготовления покрытий, биоцид составляет лишь очень небольшую часть (<0,1% от общего объёма), но всё же вносит свой вклад в совокупный уровень выбросов формальдегидов.
Выбросы парниковых газов в литейных цехах
В процессе литья в литейном цехе возникают выбросы на разных этапах технологического процесса, например:
в плавильном участке во время разливки;
при выбивке из-за продуктов распада компонентов связующего;
в смесеприготовительном, формовочном и стержневом участке во время смешивания песка и связующего, изготовления стержня / формы и сушки покрытия.
Формальдегид — это газ, который, к сожалению, нелегко обнаружить. Это связано с его природой и реакционной способностью с другими химическими веществами, а также с тем, что он может быть продуктом реакции, выделяющимся при изменении химического компонента, например, во время процессов отверждения, сушки и выделения газа.
Однако все, кто собирал корпусную мебель, знают запах формальдегида, поскольку он используется во многих материалах на основе древесины, таких как ДСП, а также во многих текстильных изделиях.
Если мы сконцентрируемся в следующем обсуждении только на окружающей среде основного цеха, по общему признанию, будет заметно много разных запахов.
Обычно воздух стержневого цеха откачивается и, возможно, очищается, например, у стержневых cold-box машин может производиться очистка воздуха от амина через кислотный скруббер. После воздух обычно выбрасывается через вентиляционные каналы в атмосферу.
Для местных властей, ответственных за мониторинг и контроль выбросов газов, труба литейного цеха является серьёзной проблемой. Отбор проб и их анализ — дорогостоящий и сложный процесс, в котором необходимо учитывать множество факторов. В частности, для формальдегида не существует общепромышленного стандартного теста. Например, компании Foseco пришлось разработать надёжный метод испытаний, который также поможет в дальнейшей разработке новых продуктов.
После оценки различных способов определения выбросов наиболее подходящим был признан FTIR (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье), поскольку этот метод соответствует необходимым стандартам, а оборудование для его проведения компактно.
Испытательная установка состоит из герметичной сушильной печи, содержащей приспособление для удержания образца, подогреваемого пробоотборника выхлопных газов и нагретых труб для предотвращения конденсации.
Обогреваемые трубы подключаются к газоанализатору, который затем может определять различные потоки загрязняющего газа, даже те, которые возникают одновременно в смешанном потоке. Испытания проводятся в течение 1 часа, что позволяет быстро нацеливаться на разработку новых продуктов. Чтобы помочь клиентам соответствовать новым установленным ограничениям, внимание в первую очередь было сосредоточено на разработке связующего, которое не выделяет формальдегид во время высыхания, но при этом обеспечивает такую же защиту от микробиологических атак. На этом этапе были сделаны довольно интересные наблюдения.
В частности, было обнаружено, что выбросы из только что приготовленных форм и стержней вносят значительный вклад в общие выбросы формальдегидов. Также на выбросы из связующего, наблюдаемые в сушильной печи, существенно влияет продолжительность хранения стержней до использования.
