土曜日、2月26 2011 17:49

塗料およびコーティングの製造

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NIOSH 1984 から適応。

塗料およびコーティングには、塗料、ワニス、ラッカー、ステイン、印刷インキなどが含まれます。 従来の塗料は、フィルム形成剤またはバインダー (通常はオイルまたは樹脂) とシンナー (通常は揮発性溶剤) からなるビヒクルに顔料粒子を分散させたもので構成されています。 さらに、多種多様なフィラーやその他の添加剤が存在する可能性があります。 ワニスは、油と天然樹脂を有機溶剤に溶かした溶液です。 合成樹脂も使用できる。 ラッカーは、溶媒の蒸発によってフィルムが完全に乾燥または硬化するコーティングです。

従来の塗料は固形分が 70% 未満で、残りはほとんどが溶剤でした。 大気中に放出される可能性のある溶剤の量を制限する大気汚染規制により、有機溶剤が少ない、または有機溶剤を含まない多種多様な代替塗料が開発されました。 これらには以下が含まれます:水性ラテックス塗料。 二液型触媒塗料(エポキシ系、ウレタン系など) 主に顔料と可塑剤からなるプラスチゾル塗料を含むハイソリッド塗料(70%以上の固形分); 放射線硬化塗料; そして粉体塗装。

米国国立労働安全衛生研究所 (NIOSH 1984) によると、塗料製造業者の約 60% は 20 人未満の従業員を雇用しており、3 人を超える従業員を雇用しているのは約 250% のみでした。 これらの統計は、世界中の塗料メーカーを代表するものであると予想されます。 これは小規模な店舗が優勢であることを示しており、そのほとんどは社内に健康と安全の専門知識を持っていません。

製造プロセス

一般に、塗料などのコーティングの製造は、バッチプロセスを使用した一連の単位操作です。 化学反応はほとんどまたはまったくありません。 操作はほとんど機械的です。 製造は、原料の組立、混合、分散、薄化、調整、容器への充填、倉庫保管を含みます。

塗料

塗料の製造に使用される原材料には、液体、固体、粉末、ペースト、スラリーがあります。 これらは手動で計量され、事前に混合されます。 凝集した顔料粒子は、元の顔料サイズに縮小する必要があり、粒子をバインダーで湿らせて、液体マトリックス内で確実に分散させる必要があります。 粉砕と呼ばれるこの分散プロセスは、高速シャフトインペラー分散機、ドウミキサー、ボールミル、サンドミル、三本ロールミル、パグミルなど、さまざまなタイプの装置で行われます。 48 時間もかかる最初の作業の後、樹脂をペーストに加え、短時間で粉砕プロセスを繰り返します。 分散された材料は、その後、着色化合物などの追加の材料を加えることができる減量タンクに重力によって移されます。 水性塗料の場合、通常この段階でバインダーを加えます。 その後、ペーストは樹脂または溶剤で薄められ、ろ過された後、再び重力によって缶充填エリアに移されます。 充填は手動または機械で行うことができます。

分散プロセスの後、新しいバッチを導入する前に、タンクとミルを洗浄する必要がある場合があります。 これには、手動工具や電動工具、アルカリ クリーナーや溶剤が含まれる場合があります。

ラッカー

ラッカーの製造は通常、処理装置に乾燥したラッカー膜が堆積する原因となる溶剤の蒸発を最小限に抑えるために、タンクやミキサーなどの密閉された装置で行われます。 それ以外の場合、漆の生産は塗料の生産と同じ方法で行われます。

ワニス

含油樹脂ワニスの製造には、油と樹脂を加熱して相溶性を高め、高分子量の分子またはポリマーを生成し、溶媒への溶解度を高めることが含まれます。 古い植物は、加熱用に携帯用のオープン ケトルを使用する場合があります。 レジンとオイル、またはレジンのみをケトルに加え、約 316ºC に加熱します。 天然樹脂は、オイルを加える前に加熱する必要があります。 やかんの上から材料を流し込みます。 調理中、やかんは耐火性の排気フードで覆われています。 調理後、ケトルは部屋に移動され、しばしば水スプレーによって急速に冷やされ、シンナーとドライヤーが追加されます。

現代のプラントは、容量が 500 ~ 8,000 ガロンの大型の密閉型原子炉を使用しています。 これらの反応器は、化学プロセス産業で使用されるものと似ています。 それらには、攪拌機、サイトグラス、反応器を満たしたり空にしたりするためのライン、凝縮器、温度測定装置、熱源などが取り付けられています。

古いプラントでも最新のプラントでも、薄められた樹脂は包装前の最終ステップとしてろ過されます。 これは通常、樹脂がまだ熱いうちに、通常はフィルター プレスを使用して行われます。

粉体塗装

粉体塗料は、加熱された物体の表面に樹脂やその他の添加剤粒子を溶融させて融合させる無溶剤系です。 粉体塗料は、熱硬化性または熱可塑性のいずれでもよく、エポキシ、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、アクリルなどの樹脂が含まれます。

最も一般的な製造方法には、粉末成分の乾式混合と押出溶融混合が含まれます (図 1 を参照)。 乾燥樹脂または結合剤、顔料、フィラーおよび添加剤を秤量し、プレミキサーに移します。 このプロセスは、ゴム製造における乾式混合操作に似ています。 混合後、材料を押出機に入れ、溶融するまで加熱します。 溶融した材料は、冷却コンベヤ ベルト上に押し出され、粗い造粒機に移されます。 造粒された材料は、微粉砕機に通され、次にふるいにかけられて、所望の粒子サイズが達成される。 その後、粉体塗装が包装されます。

図 1. 押出溶融混合法による粉体塗料製造のフローチャート

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危険とその防止

一般に、塗料およびコーティングの製造に関連する主な危険には、材料の取り扱いが含まれます。 有毒、可燃性または爆発性の物質; 感電、騒音、熱や寒さなどの物理的要因。

原材料や完成品が入った箱、樽、容器などを手作業で取り扱うことは、不適切な持ち上げ、滑り、落下、容器の落下などによる怪我の主な原因です。 予防措置には、資材運搬補助具 (ローラー、ジャッキ、プラットフォーム) や機械設備 (コンベヤー、ホイスト、フォークリフト トラック)、滑り止めフロア、安全靴などの個人用保護具 (PPE) などの工学的/人間工学的管理、および適切なトレーニングが含まれます。手作業による持ち上げやその他のマテリアルハンドリング技術。

化学的危険には、計量、ミキサーおよびミルホッパーへの充填、密閉されていない機器の操作、粉末塗料容器への充填、機器の洗浄、および容器のこぼれによって発生する可能性がある、クロム酸鉛顔料などの有毒な粉塵への暴露が含まれます。 粉体塗装の製造では、粉塵にさらされる可能性が高くなります。 注意事項には、粉末のペーストまたはスラリーの代用が含まれます。 粉末の袋を開けるための局所排気換気装置 (LEV) (図 2 を参照)、処理装置、装置の囲い、こぼれた清掃手順、および必要な場合の呼吸保護。

図 2. バッグ & ダスト制御システム

CMP040F4

塗料およびコーティングの製造では、脂肪族および芳香族炭化水素、アルコール、ケトンなど、さまざまな揮発性溶媒が使用されます。 最も揮発性の高い溶剤は通常、ラッカーやワニスに含まれています。 溶剤蒸気への曝露は、溶剤ベースの塗料製造における薄化中に発生する可能性があります。 ワニス製造における反応容器(特に古いタイプのケトル)の充填中。 すべての溶剤ベースのコーティングの缶充填中。 溶剤を使用したプロセス機器の手動洗浄中。 ワニス反応器やラッカー ミキサーなどの装置のエンクロージャーは、通常、漏れの場合を除いて、溶剤への露出が少なくなります。 予防措置には、プロセス機器の囲い込み、薄肉化および缶詰め作業のための LEV、容器の洗浄のための呼吸保護および密閉空間での手順が含まれます。

その他の健康被害には、ポリウレタン塗料およびコーティングの製造に使用されるイソシアネートの吸入および/または皮膚接触が含まれます。 放射線硬化コーティングの製造に使用されるアクリレート、その他のモノマーおよび光開始剤。 ワニスの調理からのアクロレインやその他のガス状の排出物。 粉体塗料に含まれる硬化剤やその他の添加剤。 予防措置には、エンクロージャー、LEV、手袋、その他の個人用保護服と装備、危険物に関するトレーニング、適切な作業慣行が含まれます。

可燃性溶剤、可燃性粉末 (特にラッカーの製造に使用されるニトロセルロース) および油は、火花または高温によって発火すると、すべて火災または爆発の危険性があります。 着火源には、故障した電気機器、喫煙、摩擦、裸火、静電気などがあります。 油を染み込ませた布は、自然発火の原因となる可能性があります。 予防措置には、可燃性液体を移送する際の容器の接合と接地、可燃性粉塵を含むボールミルなどの機器の接地、蒸気濃度を爆発下限未満に保つための換気、使用していないときの容器のカバー、発火源の除去、火花防止剤の使用が含まれます。可燃性または可燃性の物質の周りの非鉄金属のツールと適切なハウスキーピングの慣行。

騒音の危険は、ボールミルやペブルミル、高速分散機、ろ過に使用される振動スクリーンなどの使用に関連している可能性があります。 予防措置には、防振装置やその他の工学的管理、騒がしい機器の交換、適切な機器のメンテナンス、騒音源の隔離、過度の騒音が存在する場合の聴覚保護プログラムが含まれます。

その他の危険には、不適切な機械保護が含まれます。これは、機械周辺での負傷の一般的な原因です。 機器のメンテナンスと修理のための適切なロックアウト/タグアウト プログラムがない場合、電気的危険は特に問題になります。 火傷は、加熱されたワニス調理容器や飛び散った材料、およびパッケージやラベルに使用されるホットメルト接着剤によって生じる可能性があります。

 

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