Технологические решения снижения концентрации паров органических растворителей в воздухе рабочей зоны предприятий флексографской печати

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологические решения снижения концентрации паров органических растворителей в воздухе рабочей зоны предприятий флексографской печати

Актуальность темы исследования

В настоящее время пристальное внимание уделяется вопросам экологической безопасности производства и обеспечению безопасности персонала в рабочих производственных зонах. С этой точки зрения флексографская печать по невпитывающим материалам имеет ряд проблем, связанных, прежде всего, с использованием красок, содержащих органические растворители, выделяющихся при печати в воздух рабочей зоны. Доля использования таких красок в России составляет 60%.

Использующиеся в процессах флексографской печати краски, содержащие органические растворители различных производителей, отличаются как качественным, так и количественным составом, что затрудняет расчет воздухообмена вентиляционных систем. Следует отметить, что при печати красками на полимерных субстратах с различными физико-химическими свойствами возможно неравномерное поступление вредных веществ в воздух рабочей зоны, а также локальные во времени превышения уровня ПДК. Воздействие некоторых органических растворителей в течение длительного времени носит кумулятивный эффект и способствует развитию профессиональных заболеваний у персонала, занятого в производстве. В случаях, когда полное исключение вредного вещества или его замена на менее вредное невозможно, ставится задача снижения его содержания в воздухе рабочей зоны до безопасного предела.

При проектировании полиграфических предприятий должно учитываться количество и состав вредных веществ, загрязняющих воздух производственных помещений. Поэтому результаты, полученные в ходе проведенного исследования, могут являться исходными данными для проектирования участков полиграфических предприятий флексографской печати для обеспечения экологической безопасности производства и персонала.

К сожалению, отсутствуют нормативная документация, касающаяся технологии флексографской печати. Изучению экологических аспектов производственной безопасности флексографского производства не уделяется должного внимания.

Следует учитывать также тот факт, что с 01 июля 2010 года в соответствии с ФЗ РФ от 27 декабря 2002 года «О техническом регулировании» прекратили действие, ранее разработанные технологические регламенты, касающиеся организации безопасности производства.

Документы, регламентирующие организацию безопасности труда и строгое техническое регулирование технологических выбросов полиграфического производства, к составлению и вводу в действие в настоящее время не планируются. В виду чего актуальным является более подробное исследование факторов, которые могут оказывать влияние на концентрацию вредных веществ, загрязняющих воздух рабочей зоны предприятий флексографской печати.

Цель и задача работы

Целью исследования являлась разработка рекомендаций, позволяющих снизить вредное воздействие условий печатных процессов флексографской печати на воздух рабочей зоны в типографии, с учетом факторов, влияющих на концентрацию вредных веществ.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:

· проанализировать факторы, влияющие на экологическую безопасность предприятия;

· разработать методику контроля вредных выбросов в воздух рабочей зоны флексографских предприятий;

· определить влияние условий разбавления флексографских красок на состав воздуха рабочей зоны предприятий флексографской печати;

· исследовать влияние типа подложки и физико-химических свойств её поверхности на скорость испарения смесевых растворителей;

· провести экологический контроль воздуха рабочей зоны типографий;

· разработать технологические рекомендации, направленные на снижение вредного воздействия компонентов красок флексографской печати на воздух рабочей зоны типографий.

Научная новизна работы

· Экспериментально установлено и статистически доказано влияние режимов обработки поверхности пленок на кинетику испарения флексографских красок (45-96 с).

· Установлено влияние условий разбавления флексографских красок при различном соотношении компонентов на кинетику испарения флексографских красок (39-44 с).

· Научно обоснованная, уточненная методика расчета воздухообмена, учитывающая особенности условий флексографского печатного процесса: разбавление красок, режимы обработки субстрата, степень заполнения печатной формы, красочность и толщину красочного слоя(109-117 с).

Решаемая научная проблема

Исследование влияния режимов обработки полимерных пленок и условий разбавления красок на концентрацию паров органических растворителей флексографских красок в воздухе рабочей зоны.

Практическая значимость

Методические рекомендации обоснованного выбора способа очистки газообразных отходов, снижающего их вредное воздействие на окружающую среду конкретных предприятий, основанные на результатах проведенных исследований.

Реализация результатов исследования

Разработанная методика и научно-обоснованные технологические рекомендации могут быть использованы в учебном процессе при составлении плана лабораторных работ, а также при изучении дисциплин «Полиграфические материалы», «Упаковочные материалы» и «Экология» в вузах, занимающихся подготовкой специалистов в области технологии полиграфического производства.

Апробация работы.

Положения диссертационной работы докладывались на Научно-технической конференции молодых ученых МГУП 2009г., Международной конференции молодых ученых PRINT-2009 (г. Санкт-Петербург), Юбилейной конференции МГУП 80 лет 2010 г., Международной конференции Scientific-practical conference “Innovations of publishing printing and multimedia technologies'2010”, Kaunas 2010 г., Научно-технической конференции молодых ученых МГУП 2011 г., на XII Международной выставке и деловом форуме PAP-ROR RUSSIA 2012. Обсуждались на заседаниях кафедры материаловедения.

Публикации.

По материалам настоящей диссертации опубликованы 8 печатных работ, включая тезисы докладов на конференциях. В том числе четыре из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы (88 источников) и приложения. Общий объем работы составляет 144 страницу. Основной текст изложен на 120 страницах, включая 59 рисунков и 14 таблиц.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснованные факторы, обязательно учитываемые при решении вопросов снижения вредного воздействия условий технологических процессов флексографского производства.

2. Методика уточненного расчета воздухообмена для предприятий флексографской печати, позволяющая учитывать особенности печатного процесса, в том числе, условия разбавления красок и режимы обработки полимерных пленок.

3. Рекомендаций по снижению концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий флексографской печати, сформулированные на основе результатов выполненных исследований.

Личный вклад: основные результаты и положения, выносимые на защиту, получены лично автором. Автор самостоятельно подобрал объекты и провел экспериментальные исследования, уточнил методику расчета воздухообмена.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и детализированы задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ работ и патентов, посвященных особенностям флексографской печати на полимерных материалах, кинетике испарения растворителей из красочных пленок.

Процессам испарения органических растворителей посвящены фундаментальные работы таких авторов как А. Дринберг, Э. Ицко, А. Шрейнер, Д. Лыков, Л. Ринова. Процессы закрепления флексографских красок подробно рассмотрены в работах В. Левченко.

Для обеспечения контроля за параметрами загрязненности химическими веществами воздушной среды необходимо выявить факторы, оказывающие негативное влияние на воздух рабочей зоны и предложить пути снижения их вредного воздействия. На основе анализа литературных источников и имеющихся данных были установлено, что максимально вредное воздействие оказывают пары органических растворителей, выделяющиеся в рабочую зону в течение печатного процесса.

Качественно повлиять на снижение концентрации паров органических растворителей можно путем изменения условий разбавления флексографских красок с целью доведения их до рабочей вязкости, а также путем изменения режимов обработки поверхности запечатываемых субстратов для увеличения их поверхностного натяжения.

Во второй главе определяются объекты исследования. Были выбраны флексографские краски трёх видов. Использовались промышленные образцы красок в виде концентратов. При выборе условий разбавления красок до рабочей вязкости учитывались рекомендации производителей. Под условиями разбавления красок понимаются рекомендуемые производителями оптимальные соотношения компонентов смесевых растворителей, необходимые для доведения красок флексографской печати до состояния рабочей вязкости. На рисунке 1 представлены результаты влияния разбавления на изменение вязкости красок.

Рисунок 1 - Изменение вязкости краски в зависимости от условий разбавления краски

Как видно из результатов, представленных на рисунке 1, соотношение вязкости красок и количество добавленного растворителя для разных условий разбавления до рабочей вязкости краски равны 30%. В соответствии с рекомендациями производителей красок были выбраны рецептуры смесевых растворителей: с концентрацией этилацетата в этаноле 80% (5э:4эа), 10% (9э:1эа), 25% (4э:1эа); смесевой растворитель на основе изопропанола+этилацетата с концентрацией этилацетата 15% (17из:3эа). А также смесевой растворитель: FSE MIX РМА (в состав, которого входят n-пропанол, n - пропилацетат, метилпрокситолацетат). Для выбранных условий разбавления были определены физико-химические свойства.

В качестве субстратов выбраны полимерные пленки: ПЭНД, ПЭВД, БОПП, поверхность которых была обработана для обеспечения величины поверхностного натяжения пленок в интервале 38-43 мН/м.

Значительная часть исследования посвящена выявлению особенностей испарения летучих компонентов флексографских красок при печати на невпитывающих субстратах.

На количественный и качественный состав воздуха рабочей зоны будет оказывать непосредственное влияние скорость образования красочной пленки, т.е. скорость испарения из нее органического растворителя.

Обобщая труды ученых, занимавшихся исследованием особенностей испарения растворителей, можно сделать вывод, что процесс испарения растворителей из пленок состоит из трех стадий: образование золя, переход золя в процессе испарения растворителей в студень (лиогель) и последующего уплотнения студня с образованием пленки (ксерогеля).

При закреплении красочного слоя на скорость испарение растворителя оказывают влияние следующие факторы:

· Силы взаимодействия между растворителем и окружающей средой.

· Внутримолекулярные силы между молекулами растворителя.

· Взаимодействие между молекулами растворителя и полимером-пленкообразователем.

· Силы взаимодействия растворителя с подложкой (в нашем случае с полимерной пленкой).

Проведенные ранее исследования касались чистых растворителей. При этом исследование кинетики испарения флексографских красок с разным составом и соотношением компонентов не проводилась. Особенностью процессов закрепления красок флексографской печати является то, что они представляют собой сложные дисперсные системы, содержащие в себе пигменты, полимеры (пленкообразователи), растворители и различные добавки. В красочной системе возникают сложные межмолекулярные взаимодействия, сложные межсольватные слои. По мере удаления растворителя из краски увеличивается ее вязкость, что ведет к увеличению энергии, которую нужно затратить молекулам растворителя для испарения из красочной пленки. Замедление испарения растворителя может привести к увеличению остаточного растворителя и к появлению заметного запаха у изделий, что является недопустимым для упаковочной продукции.

В связи этим в данной работе была поставлена задача исследования процесса испарения смесевых растворителей, использующихся для изготовления упаковочной продукции из различных типов полимерных пленок. Необходимо было установить возможное влияние природы субстрата и значения его поверхностного натяжения на скорость испарения смесевых растворителей из лакокрасочной пленки.

Полимерные пленки, использующиеся для изготовления гибкой упаковки, обладают низкой величиной поверхностного натяжения, неудовлетворяющей требованиям технологических рекомендаций для флексографской печати. Поэтому пленки были обработаны коронным разрядом при разных условиях. Значения величины поверхностного натяжения исследуемых пленок указаны в таблице 1.

Таблица 1 - Значения величины поверхностного натяжения исследуемых полимерных пленок

Название и тип пленки	Величина поверхностного натяжения при разных условиях обработки, мН/м
	Ток коронного разряда, мА
	0	30	50	80
	Неактивированные пленки	1 режим	2 режим	3 режим
ПЭВД, ПЭНД	31	38	41	43
БОПП	29	39	41	43

При такой обработке полимерных пленок их поверхность становится более развитой, а также приобретает электрический заряд определенной плотности, увеличивающий поверхностное натяжение пленки. В работе были проведены исследования изменения набухания пленок после модификации их поверхности в поле коронного разряда. Было установлено увеличение набухания от 0,07% до 2% для всех типов полимерных пленок, что согласуется с ранее проведенными исследованиями. Данное изменение может оказывать влияние на кинетику испарения растворителя из красочного слоя и влиять на скорость испарения. Также отмечено изменение свойств полимера в верхней аморфной фазе. Для оценки изменения шероховатости пленки был использован интерферометрический микроскоп NewView 6200.

На рисунках 2-4 представлены гистограммы и 3D-модели поверхностей исследуемых пленок после их активации коронным разрядом до величины поверхностного натяжения 38 мН/м.

Как видно из данных таблицы наименьшая шероховатость наблюдается у полипропиленовой пленки.

В результате экспериментальных исследований были получены кинетические кривые, отражающие кинетику испарения смесевых растворителей с поверхности полимерных пленок с различным значением поверхностного натяжения: 38 мН/м, 41 мН/м, 43 мН/м. В работе получены зависимости, характеризующие испарение растворителей при всех исследуемых условиях разбавления для пленок с разной величиной поверхностного натяжения. Вид этих зависимостей представлен на рисунках 5, 6.

Однако больший интерес представляют графики кинетики испарения смесевых растворителей из красок готовых к употреблению.

В работе получены графики, характеризующие испарение растворителей при всех исследуемых условиях разбавления для пленок с разной величиной поверхностного натяжения. Вид типичного графика, характеризующего кинетику испарения смесевого растворителя из краски за первые 60 секунд, представлен на рисунке 7.



Рисунок 7 - Кинетика испарения смесевых растворителей из желтой краски с пленки ПЭНД 38 мН/м: 1 - 5э:4эа, 2 - 4э:1эа, 3 - 9э:1эа, 4 - 17из:3эа, 5 - FSE MIX PMA

Как видно из рисунка 7, в первый момент времени скорость испарения максимальна. Это объясняется тем, что при испарении первых 60-70% смесевого растворителя силы притяжения между его молекулами и молекулами полимера невелики, что также подтверждается и исследованиями Дринберга А.Я. на примере испарения чистых растворителей. В этот период решающее значение на кинетику испарения оказывают не свойства запечатываемого материала, а физико-химические свойства самих растворителей.

Затем скорость начинает спадать, что можно объяснить замедлением диффузии молекул растворителя и усилением влияния субстрата. Между молекулами полимера и молекулами растворителя возникают силы притяжения, способствующие удержанию растворителя на поверхности полимера. При испарении последних 20% оставшегося растворителя кинетика практически не отличается и не оказывает решающего воздействия на общую картину испарения.

При испарении растворителя можно выделить три стадии, что явно прослеживается из полученных в ходе исследования данных (рисунок 8). В первой стадии участвует большое количество растворителя, и процесс испарения идет с поверхности жидкости (схватывание красочного слоя). Этот период достаточно кратковременен, т.к. у поверхности пленки концентрация растворителя изменяется вследствие интенсивного его испарения, при этом динамическое равновесие нарушается и начинается диффузия растворителя из нижележащих слоев пленки.

Во второй стадии на поверхности пленки появляется все увеличивающийся по толщине слой вязкого геля (лиогеля). На этой, относительно долгой стадии растворителю необходимо дополнительно преодолеть сопротивление гелеобразного слоя.

Третья стадия характеризуется испарением остатков растворителя, наиболее прочно связанного с пленкообразователем (процесс окончательного закрепления красочного слоя). Третья стадия является наиболее длительной и может продолжаться до нескольких дней. При этом следует учитывать, что сложные высокомолекулярные пленкообразователи «отдают» растворитель медленнее низкомолекулярных.

Рисунок 8 - Стадии испарения растворителя 5:4 из лакокрасочной пленки с ПЭНД со значением поверхностного натяжения 38 мН/м.

Для каждой из трех стадий испарения были рассчитаны значения скоростей испарения (через тангенс угла наклона), типичные диаграммы представлены на рисунке 9.



Рисунок 9 - Этапы испарения растворителя 5 э:4эа из желтой краски с пленки ПЭНД

Для первой стадии испарения смесевых растворителей была рассчитана относительная скорость испарения за первую минуту, характеризующая удаление первых 20% растворителя. Сравнение относительных скоростей испарения иллюстрирует типичная диаграмма, представленная на рисунке 10.

Рисунок 10 - Относительная скорость испарения краски с различным соотношением смесевых растворителей с ПЭНД, ПЭВД и БОПП с различными значениями поверхностного натяжения

Для оценки значимости различий между условиями разбавления красок и свойствами полимерных пленок был выбран F-критерий Фишера. В результате было установлено, что существуют значимые различия между испарением смесевых растворителей различного состава применительно к разным типам пленок (таблица 3). Поэтому при смене субстрата, изменении величины его поверхностного натяжения (таблица 4) требуется вносить корректировку в режимы вентиляционных систем.

Таблица 3 - Значения F-критерия Фишера при оценке значимости различий между относительными скоростями испарения при смене растворителей

Вид пленки	ПЭНД	ПЭВД	БОПП
Степень активации, мН/м	38	41	38	41	38	41	43
Сравниваемые разбавители
5 э:4эа / 4 э:1 эа	14	4,6	5,7	2,5	17,5	1,5	2,5
5 э:4эа / 9 э:1 эа	5,6	1,2	15,5	10	6	1,5	1,3
5 э:4 эа / 17 из:3 эа	5,7	1,6	9,2	9,16	6	2,4	2,7
5 э:4 эа / FSE MIX PMA	11	2,7	3,1	5,5	2,5	2,4	6,25
4 э:1 эа / 9 э:1 эа	3	3,7	2,7	4,2	2,9	10	1,9
4 э:1 эа / 17 из :3 эа	63	2,8	1,6	1,3	2,9	3,6	1
4 э:1 эа / FSE MIX PMA	1,3	1,7	17	1,7	7	1,6	2,5
9 э:1эа / 17 из: 3 эа	21	1,3	1,7	3,3	1	2,4	2
9 э:1 эа / FSE MIX PMA	2,3	2,1	48	2,4	38	1,5	4,8
17 из:3 эа / FSE MIX PMA	3	3,7	28	1,3	2,4	5,8	2,3

Таблица 4 - Значения F-критерия Фишера при оценке значимости различий между относительными скоростями испарения при смене субстратов

Поверхностное натяжение для активированных, мН/м	Вид смесевого растворителя
ПЭНД	5 э:4 эа	4 э:1 эа	9 э:1 эа	17 из:3 эа	FSE MIX РМА
38/41	4	1,2	14	1,8	16,4
38/43	1,2	1,7	3,5	1,2	10
41/43	3,2	1,1	4,1	1,5	1,5
ПЭВД	5 э:4 эа	4 э:1 эа	9 э:1 эа	17 из:3 эа	FSE MIX РМА
38/41	27,8	1,9	3,8	1	20
38/43	20	2,7	1,9	1	18
41/43	1,4	1	3,1	1,1	1
БОПП	5 э:4 эа	4 э:1 эа	9 э:1 эа	17 из:3 эа	FSE MIX РМА
38/41	9,25	2,8	10	3,7	1,55
38/43	43	1	5,6	2,7	2,8
41/43	43	2,8	57	1,4	1,8

Третья глава посвящена уточнению методики расчета концентрации вредных выбросов компонентов флексографских печатных красок, позволяющей учитывать особенности печатного процесса, на основе которой можно сделать обоснованный выбор способа очистки отработанных воздушных масс, с целью снижения их вредного воздействия на рабочую зону и здоровье персонала.

На основании анализа научной литературы и экспериментальных собственных исследований было выявлено, что максимально вредное воздействие на воздух рабочей предприятий флексографской печати оказывают печатные процессы, в ходе которых в рабочую зону выделяются вредные вещества-пары органических растворителей. Безопасность персонала предприятий флексографской печати обеспечивается путем соблюдения гигиенических нормативов воздушной среды. Содержание в воздухе рабочей зоны газов, паров и пыли контролируется работой воздухоочистных механизмов.

При оптимизации очистки газообразных отходов должны быть точно установлены вещества, попадающие в рабочую зону. Для этих целей было произведено определение качественного и количественного состава воздуха рабочей зоны производственных помещений типографий с использованием метода газовой хроматографии.

На практике экологический контроль воздуха рабочей зоны проводится крайне редко. Многие типографии работают с нарушением техники безопасности. Производственным предприятиям рекомендуется раз в 5 лет проводить инвентаризацию вредных выбросов. В настоящее время отсутствуют нормативные документы, регламентирующие применение инструментальных или расчётных методов. Учитывая, что инвентаризация выбросов является основой для разработки нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ), разумнее применять расчётный метод, исходя из максимальной загрузки оборудования, максимального количества используемых материалов с учётом перспективного плана работы предприятия. Инструментальные методы рекомендуется применять в случае недостатка исходных данных для расчёта.

В связи с этим была разработана лабораторная методика, позволяющая рассчитать количество вредных веществ, выделяющихся в воздух рабочей зоны при печати. Методика представлена на основе анализа пробы воздуха при работе с органорастворимой краской, доведенной до рабочей вязкости растворителем на основе изопропанол+этилацетат 17из:3эа.

Образец испытуемой краски наносился на полимерную пленку (ПЭНД) площадью 96 см². С помощью аппликатора на пленку наносилась готовая к употреблению краска. Затем образец помещался на 20 минут в климатическую камеру для санитарно-химических исследований объемом 0,25 м³. После выдержки образца в камере воздух отбирался на ПУ-4Э в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86.

На рисунке 11 представлена хроматограмма, представляющая результаты анализа пробы исследуемого воздуха.

Рисунок 11 - Анализ пробы воздуха при использовании смесевого растворителя 17из:3эа

Концентрации обнаруженных при исследовании веществ были рассчитаны по формуле 1.

С=m/V_o (1)

Где m-масса каждого определяемого компонента в пробе, найденная по градуировочной характеристике, в первом и втором поглотительном приборе, мкг; V_o-объем отработанного воздуха, приведенного к нормальным условиям, дм³.

Результаты анализа приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Хроматографический анализ краски с применением смесевого растворителя изопропанол+этилацетат 17:3

Вещество	Концентрация, мг/м3	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Изопропанол	37,7	10	3
н-пропанол	45,5	50	3
Пропилацетат	0,03	200	4
Бутилацетат	0,0083	200	4
Этилацетат	5,04	200	4

В ходе исследования проб было выявлено несколько вредных веществ однонаправленного действия. При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций (К₁, К₂ …К_n) каждого из них в воздухе к их ПДК (ПДК₁, ПДК₂ …ПДК_n) не должна превышать единицы (формула 2).

К₁/ПДК ₁+К₂/ПДК₂+…+К_n/ПДК_n?1 (2)

Для анализируемых веществ была рассчитана сумма отношений фактических концентраций каждого из них к их ПДК по формуле (2)

237,7/10+45,5/50+0,03/200+0,083/200+5,04/200=4,7>1

Значение этого параметра составляет 4,7, что > 1, следовательно, концентрация этих веществ в воздухе рабочей зоны превышает ПДК.

Для расчета суммарной концентраций выделенных веществ в процессе флексографской печати в данной работе был принят размер печатной формы приведенного формата (60?90 см²). Суммарная концентрация выделенных вредных веществ при 50% заполнения печатной формы приведенного размера в течении 8-часовой рабочей смены составляет 25 г/м³_.

В ходе хроматографического исследования было установлено, что при печати флексографскими красками в воздух рабочей зоны, выделяются пары органических соединений. В этом случае величину воздухообмена определяют по количеству вредных веществ, поступающих в воздух рабочей зоны, с целью разбавления их до уровня ПДК (формула3).

L=U/R₁-U/R₂ (м³/ч) (3)

Где U-количество вредных веществ в помещении, мг/ч, R₁-ПДК вредных веществ в воздухе, мг/м³, R₂-концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м³.

В приведенной формуле не учитывается тот факт, что количество вредных веществ в воздухе рабочей зоны может изменяться в течение рабочей смены. Как было показано в работе, на количество вредных веществ в воздухе рабочей зоны будут оказывать влияние такие факторы как смена субстрата, изменение значения его поверхностного натяжения, смена растворителя для краски. При использовании исследуемых смесевых растворителей в воздух рабочей зоны выделяется разное количество вредных веществ в различные временные промежутки. Таким образом, количество химических веществ в течение рабочей смены может изменяться в зависимости от условий печатного процесса.

Применяемые системы расчета воздухообмена (формула 3) для разбавления вредных веществ в воздухе рабочей зоны до уровня, не превышающего значения ПДК, не позволяют учесть все особенности флексографского производства упаковочной продукции. Поэтому, исходя из проведенных в работе исследований, была разработана методика, учитывающая особенности технологических процессов флексографской печати (рисунок 12).

Рисунок 12 - Методика расчета воздухообмена

С учетом приведенной методики количество вредных веществ в помещении (U) рассчитывается по формуле 4

U = V ? K (S ? R ? h ? N ? d )(4)

Тогда формула 3 с учетом R₂=0 принимает вид: (формула 5)

L = K ? V (S ? R ? h ? N ? d) /R₁ (м³/ч) (5)

Где V - относительная скорость испарения из 1 мг краски в минуту (мг/мин), рассчитанная по кривым кинетики испарения, S - формат печатной формы (м²),?R - коэффициент, характеризующий % заполнения печатной формы, h - толщина красочного слоя (мкм), N - количество секций печатной машин, d - плотность краски (г/см³), R₁ - ПДК вредных веществ в воздухе, (мг/м³), К - переводной коэффициент (К = 600).

При расчете кратности воздухообмена необходимо учитывать кубатуру помещения (м3), формула 6.

n = L? t /Un (ч)(6)

Где n - кратность воздухообмена (ч), L - величина воздухообмена (м³/ч), t - продолжительность технологического процесса (час), Un - объем помещения (м³).

На основании полученных данных были рассчитаны значения показателя U/R₁ для исследуемых растворителей на трех видах полимерных пленок с разным значением поверхностного натяжения. Расчеты даны для одной печатной формы приведенного размера при 90%-тном и 50%-тном её заполнении (таблица 6).

Таблица 6 - Значения параметра воздухообмена U/R₁ (м³/ч)

Условия разбавления для разных пленок	90% заполнение печатной формы	50% заполнение печатной формы
	Значения поверхностного натяжения пленок, мН/м
ПЭНД	31	38	41	43	31	38	41	43
5 э:4 эа	21	13	22	14,4	11,7	7,2	12,2	8
4 э:1 эа	11,34	4,9	7,45	8,75	6,3	2,7	4,14	4,8
9 э:1 эа	8,7	3,2	13,28	7,7	4,86	1,8	7,38	4,32
17 из:3 эа	282	324	317	356	156,6	180	176,5	198
ПЭВД	31	38	41	43	31	38	41	43
5 э:4 эа	15,87	10,7	30	26,2	8,8	5,9	16,7	14,6
4 э:1 эа	9	16,2	15,5	17,5	5	9	8,6	9,72
4 э:1 эа	5,8	9,7	11,3	12,3	3,2	5,4	6,3	6,85
17 из:3 эа	227	259	308	314,3	126	144	171	174,5
БОПП	29	38	41	43	29	38	41	43
5 э:4 эа	17,5	10,7	19,1	32,4	9,72	5,9	10,6	18
4 э:1 эа	7,1	12,3	7,4	18	3,96	6,8	4,14	10
4 э:1 эа	5,8	16,2	11,34	21,4	3,2	9	6,3	12
17 из:3 эа	136	292	437	389	75,6	162	243	216

Как видно из результатов при использовании различных смесевых растворителей в воздух рабочей зоны выделяется разное количество вредных веществ в различные временные промежутки. Поэтому требуется корректировка при расчете воздухообмена. Максимальный показатель наблюдается при использовании на всех пленках смесевого растворителя на основе изопропанола (III класс опасности). Из смесевых растворителей на основе этанола наименьший показатель воздухообмена выявлен у растворителя с концентрацией этилацетата в этаноле 10%: на пленках ПЭНД со значением поверхностного натяжения38 мН/м, на пленках ПЭВД - 31 мН/м, на пленках БОПП - 29 мН/м.

Проведенные исследования позволили сформулировать рекомендации, позволяющие снизить концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий флексографской печати.

Рекомендации по снижению концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий флексографской печати

1) Необходимо оптимизировать расчет воздухообмена, учитывая влияние на скорость закрепления красочного слоя типа пленки, значения ее поверхностного натяжения, используя предложенную в работе последовательность.

2) Для очистки воздуха рабочей зоны от паров органических растворителей следует применять термические установки, а также адсорбционные установки с использованием угля марки АР-Б, так как расчеты суммарной концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при использовании смесевых органических растворителей при 50%-м заполнении печатной формы приведенного формата составили 25 г/м³.

3) Эффективное снижение вредного воздействия красок, содержащих органические растворители, на воздух рабочей зоны возможно за счет использования красок УФ-отверждения.

В работе было проведено исследование воздуха типографии «Дальпресс», использующей в работе краски УФ-отверждения. Результаты анализа пробы исследуемого воздуха представлены на хроматограмме (рисунок 13).

Рисунок 13 - Анализ пробы воздуха при печати красками УФ-отверждения

Концентрации обнаруженных при исследовании веществ были рассчитаны по формуле 1. Результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Результаты количественного и качественного анализа исследуемых проб воздуха

Вещество	Концентрация, мг/м3	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Ацетальдегид	0,0427	10	3
Ацетон	0,033	200	4
Метилацетат	0,021	200	4
Пропилацетат	0,0135	200	4
Бутилацетат	0,0352	200	4
Этилацетат	0,026	200	4

В ходе исследования проб было выявлено несколько вредных веществ однонаправленного действия. Для анализируемых веществ была рассчитана сумма отношений фактических концентраций каждого из них к их ПДК по формуле (2) 0,047,27/10+0,033/200+0,021/200+0,0135/200+0,0352/200+0,026/200=0,0011

Значение этого показателя составляет 0,0011, что ?1, следовательно, концентрация этих веществ в воздухе рабочей зоны не превышает предельно допустимый уровень. Суммарная концентрация выявленных вредных веществ при 50% заполнения печатной формы приведенного размера составляет 0,09 г/м³_. В соответствии с имеющимися в литературе рекомендациями, при концентрации растворителей во время непрерывного технического процесса менее 1 г/м³ можно использовать биологическую очистку.

Основные выводы и результаты работы

1) Установлено, что при использовании красок, содержащих органические растворители, сумма отношение фактический концентраций вредных веществ, выделяющихся в воздух рабочей зоны, к их ПДК, составляет 4,7, что значительно превышает допустимый уровень. При использовании красок УФ - отверждения доля летучих компонентов, выделяющихся в воздух рабочей зоны, минимальна и составляет 0,0011.

2) В результате экспериментальных исследований установлено, что соотношение компонентов смесевого растворителя оказывает влияние на динамику изменения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Наиболее интенсивно процесс испарения происходит с использованием растворителей при концентрации этилацетата в этаноле 80%, менее интенсивно - на основе пропилацетата, на БОПП - при концентрации этилацетата в этаноле 20%.

3) Результатами исследований показано, что изменение величины поверхностного натяжения исследуемых полимерных пленок влияет на скорость испарения смесевых растворителей. Максимальная скорость испарения наблюдается для ПЭНД для значения поверхностного натяжения в 38 мН/м, для ПЭВД в 41 мН/м, для БОПП в 43 мН/м. Для смесевых растворителей, содержащих этанол, установлено, что их испарение протекает наиболее интенсивно с поверхности полиэтиленовых пленок.

4) Предложена методика расчета воздухообмена, позволяющая учитывать особенности печатного процесса (условия разбавления красок и режимов обработки полимерных пленок), а также обосновано выбрать способ очистки газообразных отходов, снижающий их вредное воздействие на персонал, находящийся в рабочей зоне.

5) Разработана методика оптимизации системы вентиляции и очистки газообразных отходов предприятий флексографской печати при печати по невпитывающим поверхностям красками, содержащими органические растворители.

Публикации по теме диссертационной работы

флексографский печать экологический выброс

Публикации в ведущих периодических научных изданиях

1. Лыкова (Яловая) Т.Д. Проблема загрязнения воздуха типографий парами растворителей, использующихся при запечатывании невпитывающих материалов./Т.Д. Лыкова Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М., 2009.-№6. С 34-38

2. Яловая Т.Д. Анализ кинетики испарения растворителей флексографских красок. Часть I Кинетика испарения с поверхности неактивированных пленок./Т.Д. Яловая. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М., 2011.-№6. С 36-43.

3. Яловая Т.Д. Анализ кинетики испарения растворителей флексографских красок. Часть II Кинетика испарения с поверхности пленок обработанных коронным разрядом./Т.Д. Яловая. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М., 2012.-№1. С 38-44.

4. Яловая Т.Д. Рекомендации по снижению вредного воздействия компонентов флексографских красок на воздух рабочей зоны печатных машин./ Климова Е.Д., Яловая Т.Д. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М., 2012.-№5. С 67-77

Другие публикации

5. Лыкова (Яловая) Т.Д. Источники загрязнения воздуха рабочей зоны в производственных помещениях типографий/ Яловая Т.Д.//Международная конференция молодых ученых PRINT. - СПб, 2009, С. 142-144.

6. Яловая Т.Д. Проблема загрязнения воздуха типографий парами растворителей, использующихся при запечатывании невпитывающих материалов/Т.Д. Яловая// Научно-техническая конференция молодых ученых МГУП. - Москва, 2010.

7. Лыкова (Яловая) Т.Д. Кинетика десорбции смесевых растворителей флексографских красок с различных подложек/ Т.Д. Яловая// Международная конференция Scientific-practical conference “Innovations of publishing printing and multimedia technologies'2010”. - Kaunas 2010. С 77-82.

8. Яловая Т.Д. Экологические аспекты производства полиграфической и упаковочной продукции»/ Климова Е.Д., Яловая Т.Д // Вестник МГУП. - М., 2010 - №6. С. 151-155.

Размещено на Allbest.ru