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Herstellung von Farben und Beschichtungen

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Adaptiert von NIOSH 1984.

Farben und Beschichtungen umfassen Farben, Lacke, Lacke, Beizen, Druckfarben und mehr. Herkömmliche Farben bestehen aus einer Dispersion von Pigmentpartikeln in einem Träger, der aus einem Filmbildner oder Bindemittel (normalerweise ein Öl oder Harz) und einem Verdünnungsmittel (normalerweise ein flüchtiges Lösungsmittel) besteht. Darüber hinaus kann es eine Vielzahl von Füllstoffen und anderen Zusatzstoffen geben. Ein Lack ist eine Lösung aus Öl und Naturharz in einem organischen Lösungsmittel. Es können auch Kunstharze verwendet werden. Lacke sind Beschichtungen, bei denen der Film durch Verdunstung des Lösungsmittels vollständig trocknet oder aushärtet.

Herkömmliche Farben enthielten weniger als 70 % Feststoffe, wobei der Rest hauptsächlich aus Lösungsmitteln bestand. Luftverschmutzungsvorschriften, die die Menge an Lösungsmitteln begrenzen, die in die Atmosphäre emittiert werden können, haben zur Entwicklung einer großen Vielfalt von Ersatzfarben mit wenig oder keinen organischen Lösungsmitteln geführt. Dazu gehören: Latexfarben auf Wasserbasis; katalysierte Zweikomponentenfarben (z. B. Epoxid- und Urethansysteme); Farben mit hohem Feststoffgehalt (über 70 % Feststoffe), einschließlich Plastisolfarben, die hauptsächlich aus Pigmenten und Weichmachern bestehen; strahlengehärtete Farben; und Pulverbeschichtungen.

Nach Angaben des US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH 1984) beschäftigten etwa 60 % der Lackhersteller weniger als 20 Arbeiter und nur etwa 3 % mehr als 250 Arbeiter. Diese Statistiken dürften repräsentativ für Lackhersteller weltweit sein. Dies deutet auf eine Dominanz kleiner Läden hin, von denen die meisten nicht über interne Gesundheits- und Sicherheitsexpertise verfügen.

Herstellungsprozess

Im Allgemeinen ist die Herstellung von Farben und anderen Beschichtungen eine Reihe von Einheitsoperationen unter Verwendung von Chargenprozessen. Es gibt wenige oder keine chemischen Reaktionen; Die Operationen sind meist mechanisch. Die Herstellung umfasst das Zusammenstellen der Rohstoffe, das Mischen, Dispergieren, Verdünnen und Einstellen, das Befüllen von Behältern und das Lagern.

Farben

Rohstoffe zur Herstellung von Farben kommen als Flüssigkeiten, Feststoffe, Pulver, Pasten und Schlämme vor. Diese werden manuell eingewogen und vorgemischt. Agglomerierte Pigmentpartikel müssen auf die ursprüngliche Pigmentgröße reduziert werden, und die Partikel müssen mit dem Bindemittel benetzt werden, um eine Dispergierung in der flüssigen Matrix sicherzustellen. Dieser als Mahlen bezeichnete Dispergierprozess wird mit einer Vielzahl von Ausrüstungstypen durchgeführt, darunter Hochgeschwindigkeits-Wellen-Impeller-Dispergierer, Teigmischer, Kugelmühlen, Sandmühlen, Dreiwalzenmühlen, Knetmühlen und so weiter. Nach einem ersten Durchlauf, der bis zu 48 Stunden dauern kann, wird der Paste Harz zugesetzt und der Mahlvorgang wird für einen kürzeren Zeitraum wiederholt. Das dispergierte Material wird dann durch Schwerkraft in einen Entspannungstank überführt, wo zusätzliches Material wie Abtönmittel hinzugefügt werden kann. Bei Wasserlacken wird in der Regel in diesem Stadium das Bindemittel zugegeben. Die Paste wird dann mit Harz oder Lösungsmittel verdünnt, filtriert und dann wieder durch die Schwerkraft in den Bereich der Dosenabfüllung befördert. Die Befüllung kann manuell oder maschinell erfolgen.

Nach dem Dispergierprozess kann es erforderlich sein, die Tanks und Mühlen zu reinigen, bevor eine neue Charge eingeführt wird. Dabei kann es sich um Hand- und Elektrowerkzeuge sowie alkalische Reiniger und Lösungsmittel handeln.

Lacke

Die Lackherstellung erfolgt üblicherweise in geschlossenen Anlagen wie Tanks oder Mischern, um das Verdunsten des Lösungsmittels zu minimieren, was zu Ablagerungen eines trockenen Lackfilms auf den Verarbeitungsanlagen führen würde. Ansonsten erfolgt die Lackherstellung auf die gleiche Weise wie die Lackherstellung.

Lacke

Die Herstellung von Ölharzlacken umfasst das Kochen des Öls und Harzes, um sie verträglicher zu machen, Moleküle oder Polymere mit hohem Molekulargewicht zu entwickeln und die Löslichkeit in dem Lösungsmittel zu erhöhen. Ältere Pflanzen können tragbare, offene Wasserkocher zum Erhitzen verwenden. Das Harz und das Öl oder nur das Harz werden in den Kessel gegeben und dann auf etwa 316ºC erhitzt. Naturharze müssen vor der Zugabe der Öle erhitzt werden. Die Materialien werden über die Oberseite des Kessels gegossen. Während des Kochens werden die Kessel mit feuerfesten Abzugshauben abgedeckt. Nach dem Kochen werden die Kessel in Räume gebracht, wo sie schnell abgekühlt werden, oft durch Wassersprühen, und dann werden Verdünner und Trockner hinzugefügt.

Moderne Anlagen verwenden große geschlossene Reaktoren mit Kapazitäten von 500 bis 8,000 Gallonen. Diese Reaktoren ähneln denen, die in der chemischen Prozessindustrie verwendet werden. Sie sind ausgestattet mit Rührwerken, Schaugläsern, Leitungen zum Befüllen und Entleeren der Reaktoren, Kondensatoren, Temperaturmessgeräten, Wärmequellen und so weiter.

Sowohl in älteren als auch in modernen Anlagen wird das verdünnte Harz als letzter Schritt vor der Verpackung gefiltert. Dies geschieht normalerweise, während das Harz noch heiß ist, normalerweise unter Verwendung einer Filterpresse.

Pulverbeschichtungen

Pulverbeschichtungen sind lösungsmittelfreie Systeme, die auf dem Schmelzen und Aufschmelzen von Harz und anderen Additivpartikeln auf Oberflächen von erhitzten Objekten basieren. Die Pulverbeschichtungen können entweder wärmehärtbar oder thermoplastisch sein und umfassen solche Harze wie Epoxidharze, Polyethylen, Polyester, Polyvinylchlorid und Acrylharze.

Das gebräuchlichste Herstellungsverfahren umfasst das Trockenmischen der pulverförmigen Bestandteile und das Extrusionsschmelzmischen (siehe Abbildung 1). Das trockene Harz oder Bindemittel, das Pigment, der Füllstoff und die Additive werden gewogen und in einen Vormischer überführt. Dieses Verfahren ähnelt dem Trockenmischen bei der Gummiherstellung. Nach dem Mischen wird das Material in einen Extruder gegeben und erhitzt, bis es geschmolzen ist. Das geschmolzene Material wird auf ein Kühlförderband extrudiert und anschließend in einen Grobgranulator überführt. Das granulierte Material wird durch eine feine Mühle geleitet und dann gesiebt, um die gewünschte Partikelgröße zu erreichen. Anschließend wird der Pulverlack verpackt.

Abbildung 1. Flussdiagramm für die Herstellung von Pulverlacken durch Extrusionsschmelzmischverfahren

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Gefahren und ihre Vermeidung

Im Allgemeinen betreffen die Hauptgefahren, die mit der Herstellung von Farben und Beschichtungen verbunden sind, die Materialhandhabung; giftige, brennbare oder explosive Stoffe; und physikalische Einwirkungen wie elektrischer Schlag, Lärm, Hitze und Kälte.

Die manuelle Handhabung von Kisten, Fässern, Behältern usw., die die Rohstoffe und fertigen Produkte enthalten, sind Hauptverletzungsquellen durch unsachgemäßes Anheben, Ausrutschen, Herunterfallen, Fallenlassen von Behältern usw. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören technische/ergonomische Kontrollen wie Materialhandhabungshilfen (Rollen, Wagenheber und Plattformen) und mechanische Ausrüstung (Förderbänder, Hebezeuge und Gabelstapler), rutschfeste Böden, persönliche Schutzausrüstung (PSA) wie Sicherheitsschuhe und eine angemessene Schulung beim manuellen Heben und anderen Materialhandhabungstechniken.

Zu den chemischen Gefahren zählen die Exposition gegenüber giftigen Stäuben wie Bleichromatpigmenten, die beim Wiegen, Befüllen von Misch- und Mühlentrichtern, beim Betrieb von nicht geschlossenen Geräten, beim Befüllen von Farbpulverbehältern, beim Reinigen von Geräten und durch Verschütten von Behältern auftreten können. Bei der Herstellung von Pulverlacken kann es zu hohen Staubbelastungen kommen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören der Ersatz von Pulvern durch Pasten oder Aufschlämmungen; Lokale Absaugung (LEV) zum Öffnen von Pulversäcken (siehe Abbildung 2) und für Verarbeitungsgeräte, Einhausung von Geräten, Reinigungsverfahren und Atemschutz, falls erforderlich.

Abbildung 2. Beutel- und Staubkontrollsystem

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Bei der Herstellung von Farben und Beschichtungen wird eine Vielzahl von flüchtigen Lösungsmitteln verwendet, einschließlich aliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone und so weiter. Die flüchtigsten Lösungsmittel befinden sich normalerweise in Lacken und Firnisse. Die Exposition gegenüber Lösungsmitteldämpfen kann während des Verdünnens bei der Herstellung von lösungsmittelbasierten Farben auftreten; beim Beschicken von Reaktionsgefäßen (insbesondere älterer Kesseltypen) in der Lackherstellung; bei der Dosenabfüllung bei allen lösemittelhaltigen Lacken; und während der manuellen Reinigung von Prozessausrüstung mit Lösungsmitteln. Das Einschließen von Geräten wie Lackreaktoren und Lackmischern führt normalerweise zu geringeren Lösungsmittelbelastungen, außer im Fall von Leckagen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören die Einhausung von Prozessgeräten, LEV zum Verdünnen und Befüllen von Dosen sowie Atemschutz und Verfahren in beengten Räumen zum Reinigen von Behältern.

Andere Gesundheitsgefahren umfassen das Einatmen und/oder den Hautkontakt mit Isocyanaten, die bei der Herstellung von Polyurethanfarben und -beschichtungen verwendet werden; mit Acrylaten, anderen Monomeren und Photoinitiatoren, die bei der Herstellung von strahlenhärtenden Beschichtungen verwendet werden; mit Acrolein und anderen gasförmigen Emissionen beim Lackkochen; und mit Härtern und anderen Additiven in Pulverbeschichtungen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören Gehäuse, LEV, Handschuhe und andere persönliche Schutzkleidung und -ausrüstung, Gefahrstoffschulung und gute Arbeitspraktiken.

Entflammbare Lösungsmittel, brennbare Pulver (insbesondere Nitrozellulose, die in der Lackherstellung verwendet wird) und Öle sind Feuer- oder Explosionsrisiken, wenn sie durch einen Funken oder hohe Temperaturen entzündet werden. Zündquellen können fehlerhafte elektrische Geräte, Rauchen, Reibung, offene Flammen, statische Elektrizität usw. sein. Ölgetränkte Lappen können eine Quelle der Selbstentzündung sein. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören das Verbinden und Erden von Behältern beim Umfüllen brennbarer Flüssigkeiten, das Erden von Geräten wie Kugelmühlen, die brennbare Stäube enthalten, die Belüftung, um die Dampfkonzentrationen unter der unteren Explosionsgrenze zu halten, das Abdecken von Behältern bei Nichtgebrauch, das Entfernen von Zündquellen und die Verwendung von Funkenschutz Werkzeuge aus Nichteisenmetallen in der Nähe von brennbaren oder brennbaren Materialien und gute Haushaltspraktiken.

Lärmgefahren können mit der Verwendung von Kugel- und Kieselmühlen, Hochgeschwindigkeits-Dispergierern, zum Filtern verwendeten Vibrationssieben usw. verbunden sein. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören Vibrationsisolatoren und andere technische Kontrollen, der Austausch lauter Geräte, eine gute Wartung der Geräte, die Isolierung der Lärmquelle und ein Gehörschutzprogramm, wenn übermäßiger Lärm vorhanden ist.

Andere Gefahren sind unzureichende Maschinenschutzvorrichtungen, eine häufige Quelle von Verletzungen in der Nähe von Maschinen. Elektrische Gefahren sind ein besonderes Problem, wenn es kein geeignetes Lockout/Tagout-Programm für die Wartung und Reparatur von Geräten gibt. Verbrennungen können durch heiße Lackkochgefäße und spritzende Materialien sowie durch Schmelzklebstoffe für Verpackungen und Etiketten verursacht werden.

 

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