Десятые академические чтения раасн, 2006 г

Вид материала

Документы

Содержание

СПИСОК литературЫ
Обобщенный критерий

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8

СПИСОК литературЫ

Труды 6-го Международного конгресса по химии цемента, Том 6. М.:Стройиздат,1975.-230с.
Рекомендации по ускоренной оценке качества цемента в бетоне – М.:Стройиздат, 1975-22с.
Калинин Б.А. Прогнозирование марочной прочности бетона по кинетике его твердения в раннем возрасте // Бетон и железобетон, 1984, №2, с.18-19.
Несветаев Г.В., Жильникова Т.Н. Прогнозирование марочной прочности бетона по кинетике твердения в ранний период // Вестник БГТУ, 2003, №5, с.341-343.

Каган М.З. Сравнение свойств цемента по линиям прочности // Бетон и железобетон, 1984, №2, С.18.
Рахимбаев Ш.М., Смирнова Е.А. Способ прогнозирования марочной прочности цементного камня // Вестник БГТУ, 2005, №9, С.293-296.
Рахимбаев Ш.М. Расчет кинетических констант некоторых процессов технологии строительных материалов // Проблемы строительного материаловедения и совершенствования технологии производства строительных изделий – Белгород: БТИСМ – МИСИ, 1990 – 184 с.
Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Влияние фазового состава портландцементного клинкера на вяжущие свойства цементов // Труды НИИцемента, 1962, в. 17, с. 85-121.
Энтин З.Б., Нефедова Л.С., Зельванская И.И. Современное состояние в российском и зарубежных стандартах // Цемент, 2001, №2, с.8-12.

УДК 614.84:542.61

Рудаков О.Б., д-р хим. наук, профессор, Беляев Д.С., Хорохордина Е.А., Никулина Т.Д.

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

ОБОБЩЕННЫЙ КРИТЕРИЙ Экологической и пожарной

безопасности СОЛЬВЕНТОВ для лаков и красок

Разработан обобщенный критерий экологической и пожарной безопасности индивидуальных и смешанных органических растворителей, включающий в себя пять параметров – температуру кипения, давление пара над растворителем, температуру вспышки, температуру самовоспламенения и предельно допустимую концентрацию в воздухе рабочей зоны.

С помощью обобщенного критерия проведен рейтинг 120 сольвентов, применяемых в бытовой химии, производстве лаков и красок в качестве разбавителей и разжижителей.

За редким исключением это легковоспламеняющиеся и токсичные жидкости.

С повышенной пожарной опасностью и химической вредностью сольвентов производители разных материалов вынуждены мириться из-за хорошей растворимости в них органических компонентов стройматериалов.

Природа не создала универсального растворителя, который сочетал бы в себе безвредность и хорошие технико-эксплуатационные свойства, поэтому для решения тех или иных технологических задач часто подбирают не индивидуальные, а многокомпонентные (2–6 компонентов) сольвенты.

Актуальность проблемы экологической и пожарной безопасности в строительной отрасли высока, однако простые и удобные критерии оценки совокупности вредных факторов для сольвентов не разработаны.

Для разработки обобщенного критерия выбрали наиболее важные параметры сольвентов: температура кипения Т_кип, предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны, температура вспышки Т_ВСП, температура самовоспламенения Т_СВП и давление пара над растворителем P_ПАР. Чем ниже значения соответствующих температур и ПДК, а также выше давление пара, тем более опасен сольвент с точки зрения техники безопасности.

Сопоставлять одновременно несколько параметров и оценивать преимущества или недостатки разных сольвентов сложно даже на качественном уровне. Обобщенный критерий позволяет при выборе сольвентов количественно сравнивать совокупность указанных параметров, проводить рейтинг их технико-эксплуатационных свойств.

Для изучения выбрали 91 индивидуальный и 29 смешанных растворителей, наиболее широко применяемых в отечественном производстве. Данные о свойствах индивидуальных растворителей взяли из работы [1].

Менее доступна информация о физико-химических свойствах многокомпонентных сольвентов.

Известно, что они изменяются неаддитивно в зависимости от состава. Зависимости могут быть с положительными и отрицательными отклонениями, с экстремумами, s-образной формы [1]. Вместе с тем, при отсутствии химических реакций и сильных межмолекулярных взаимодействий между компонентами смешанного сольвента эти отклонения, как правило, не превышают нескольких процентов. А смешанные сольвенты компонуются как раз из слабо взаимодействующих неполярных, мало- и среднеполярных органических растворителей. Поэтому в расчетах параметров двух- и многокомпонентных сольвентов приняли допущение, что в первом приближении они изменяются аддитивно в зависимости от массовой или мольной доли компонентов. Например, давление пара рассчитывали по закону Дальтона, согласно которому общее давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений компонентов.

В табл. 1 приведен состав промышленных смешанных сольвентов, а в табл. 2 даны экологические и пожароопасные свойства индивидуальных растворителей, используемых в качестве компонентов смешанных сольвентов.

Таблица 1

Химический состав промышленных многокомпонентных сольвентов

Cольвенты	Массовая доля компонентов
Cольвенты	Этилцеллозольв	Толуол	Бутилацетат	Этилацетат	Бутанол	Этанол	Циклогексанон	Ацетон	Ксилол
Растворители:
645		0,5	0,18	0,12	0,1	0,1	-	-	-
646	0,08	0,5	0,1	-	0,1	0,15	-	0,07	-
647	-	0,41	0,30	0,21	0,08	-	-	-	-
648	-	0,2	0,5	-	0,2	0,1	-	-	-
650	0,2	0,5	-	-	0,3	-	-	-	-
КР-36		-	0,2	-	0,8	-	-	-	-
Р-4		0,62	0,12	-	-	-	-	0,26	-
Р-10		-	-	-	-	-	-	0,15	0,85
Р-12		0,6	0,3	-	-	-	-	-	0,1
Р-14		0,5	-	-	-	-	0,5	-	-
Р-219		0,34	-	-	-	-	0,33	0,33	-
Р-3160		-	-	-	0,6	0,4	-	-	-
P-40	0,30	0,50						0,20
РКЧ		-	0,1	-	-	-	-	-	0,9
РС-1		0,6	0,3	-	-	-	-	-	0,1
РМЛ	0,16	0,1	-	-	0,1	0,64	-	-	-
РМЛ-315	0,17	0,25	0,18	-	0,15	-	-	-	0,25
РФГ		-	-	-	0,25	0,75	-	-	-
РЭ-1		-	-	-	0,15	0,15	-	0,2	0,5
Разбавители:
РЭ-11В	0,30		0,20				0,10		0,4
М		-	0,3	0,05	-	0,65	-	-	-
Р-7		-		-	-	0,5	0,5	-	-
РДВ		0,5	0,18	0,09	0,1	0,1	-	0,03	-
РКБ-1		-	-	-	0,5	-	-	-	0,5
РКБ-2		-	-	-	0,95	-	-	-	0,05
РКБ-3		-	-	-	0,1	-	-	-	0,9
Разжижители:
ДМЗ-Р		0,3	0,39	0,16	-	-	-	0,15	-
Р-5			0,30					0,30	0,40
Р-60	0,30					0,70

Расчет обобщенного критерия выполняли по формуле

, (1)

где R_chb– значение критерия для s-го сольвента; а_i– коэффициент веса для i-го показателя; x_is – величина i-го показателя для s-го варианта сольвента; x_iw – нормирующее значение для i-го показателя безопасности (свойства гипотетического растворителя, имеющего оптимальное значение i-го показателя); m – количество показателей.

Таблица 2

Свойства индивидуальных растворителей, входящих в состав смешанных сольвентов

Растворитель	Т_всп °С	Т_свп °С	ПДК, мг/м³	Р_пар, мм рт. ст.	Т_кип, °С
Ацетон	-18	538	200	182	56
Бутанол	28	390	10	42	118
Бутилацетат	25	370	200	18	126
Ксилол	27	528	50	8,7	141
Толуол	4	536	50	22	110
Циклогексанон	-18	495	10	9	156
Этанол	18	392	1000	44	78
Этилацетат	-4	426	200	74	77
Этилцеллозольв	44	235	18	3,8	135

В качестве нормирующего значения для i-го параметра x_iw в уравнении (1) на основе экспертного заключения взяли технологически оптимальные значения, характерные для некоторых растворителей из анализируемой выборки. Поскольку в многопараметрической оптимизации одни критерии максимизируются, другие, наоборот, минимизируются, перед частными максимизируемыми критериями в ур. (1) ставится знак плюс, а перед минимизируемыми критериями – минус. В нашем случае минимизируется только давление пара над растворителем.

Важным элементом при такой оптимизации является назначение коэффициентов веса каждого оптимизируемого параметра. Для этого использовали метод оценки важности параметров в баллах [2].

Таблица 3

Значения граничных условий, нормы и весовых коэффициентов

Параметр	Граничные условия	Норма	Весовой коэффициент а_i
Температура кипения, °С	≥60	100	0,10
Температура вспышки,°С	>0	25	0,25
Температура самовоспламенения, °С	>200	440	0,24
Давление пара, мм рт. ст.	≤100	45	0,10
ПДК, мг/м³	≥10	300	0,31

Выяснилось, что при подборе наилучшего ассортимента технологических растворителей значение имеют даже не величина обобщенного критерия, а граничные условия. Если в базе данных по пожароопасным и химическим свойствам растворителей провести отсев по граничным условиям, приведенным в табл. 2, из 120 сольвентов останется только 28. Если учесть приемлемую стоимость, количество растворителей сократится до 20. Учет растворимости необходимых материалов, химической инертности сольвентов уменьшит список рекомендуемых сольвентов до 10–15. Оказалось, что отличные эксплуатационные свойства показал этанол, однако его трудно отделить от примеси воды, так как он образует с ней азеотроп. Его применение ограничено также завышенной стоимостью, проблемами хранения, нормативами, регулируемыми государством, необходимостью денатурации, т. е. человеческим фактором, связанным с его потребительскими свойствами. Многопараметрическая оптимизационная процедура показала, что для рутинных технологических задач предпочтение следует отдавать смешанным сольвентам, имеющим значения R_chb в диапазоне 0,99–0,39 (табл.4). Применения большинства индивидуальных растворителей целесообразно избегать, учитывая показатели их экологической и пожарной безопасности.

Таблица 4

Рейтинг сольвентов по обобщенному критерию химической и пожарной безопасности

Сольвент	ПДК, мг/м³	Т_всп	Т_свп	Р_пар, мм рт. ст.	Т_кип	R_chb
Этанол	1000	18	392	44	78	1,41
Декан	300	47	208	1	174	1,07
Разбавитель М	571	19	387	41	92	0,99
Бутилацетат	200	25	370	18	126	0,74
Разбавитель Р-197	83	30	438	9	137	0,74
Ксилол	50	27	528	9	141	0,73
Растворитель РКЧ	56	27	512	10	139	0,72
Растворитель 649	50	32	413	7	134	0,72
Разбавитель РКБ-3	56	27	514	13	138	0,72
Растворитель РМЛ-315	67	24	431	19	126	0,63
Растворитель 648	50	23	449	22	124	0,60
Растворитель Р-10	59	20	530	51	128	0,57
Разбавитель РЭ-11В	60	22	331	10	112	0,56
Растворитель РМЛ	100	22	381	36	94	0,54
Растворитель Р-12	71	13	485	20	118	0,54
Растворитель РС-1	71	13	485	20	118	0,54
Разжижитель Р-60	60	26	345	37	95	0,52
Растворитель 647	121	10	452	35	108	0,51
Растворитель 645	100	11	464	34	106	0,49
Растворитель 646	100	12	459	43	106	0,49
Разжижитель Р-5	125	13	484	67	111	0,48
Разбавитель РДВ	100	10	467	39	106	0,48
Растворитель РЭ-1	67	17	489	67	111	0,47
Растворитель Р-40	60	12	446	62	107	0,39
Этилацетат	200	-4	426	74	77	0,31
1,2-Дихлорэтан	10	13	413	62	83	0,31
Разбавитель Р-7	20	0	444	32,8	117	0,31
Растворитель Р-4	80,6	0,8	517	80,2	98	0,29
1,4-Диоксан	10	5	300	27	101	0,26
Гексан*	300	-21,6	261	121	69	0,04
Ацетон*	200	-18	538	182	56	-0,03
Пентан*	300	-40	285	420	36	-0,83

Примечание. Растворители, помеченные «звездочкой», не входят в выборку рекомендуемых. Они приведены для иллюстрации выводов.

Blog

Десятые академические чтения раасн, 2006 г

Содержание