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油漆废渣再生及资源化应用技术

2018-11-21 16:57:00      点击:

油漆废渣再生及资源化应用技术

冯立明1 孙吉涛2

1.山东建筑大学材料学院,250101flm111@163.com,2.泰安乐邦环保科技有限公司,泰安271208Tel13375638792

 

摘要:油漆废渣属于危险固体废物,不正确处理会危害公共卫生与环境。通过自主研发的油漆废渣再生技术与自动化装置,实现了油漆废渣的高效脱水、粉碎、筛分,获得不同粒度范围的高分子固体复合粉体,产品不再具有危险废物特征。漆渣高分子固体复合粉体可以用于制备防腐涂料、塑料制品及混凝土中,检测结果显示,添加一定量的高分子固体复合粉体于丙烯酸树脂单组分涂料中,能够提高凃层的耐盐雾值,在PPPEABS三种塑料树脂中添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣后,耐紫外线老化能力均有提高,PE树脂塑料的各项力学性能指标均有提高,在水泥混凝土中,添加量小于水泥用量的10%时,胶砂试块抗折、抗压强度提高,当PS添加量达到水泥用量的15%以上时,强度显著下降。

关键词:油漆废渣,再生利用,资源化,固体复合粉末

1前言

油漆废渣是涂料(俗称油漆)涂装过程中产生的固体废物,20166月环保部颁布的危险固体废物名录中代号为HW12[1],其主要组成为树脂、颜料、助剂及捕集过程中混入的水分和絮凝剂。

不同的产品形状、喷涂工艺与设备,涂料利用率有明显差别,产生的油漆废渣量不同。一般来说,高压空气喷涂涂料利用率在30%-60%,高压无空气喷涂涂料利用率在50%-80%,静电涂装涂料利用率在80%左右[2],我国2015年涂料产量超过1717万吨[3],其中溶剂型涂料占50%以上,约900万吨,按照60%的利用率计算,至少要产生360万吨油漆废渣。早期的油漆废渣进行填埋处理,对环境和土壤造成严重污染,美国政府于2015年要求福特公司挖出填埋地下近50年的油漆废渣和周围土壤[4]。目前,欧洲除少量油漆废渣用于制造再生漆外,大部分使用水泥窑协同处理和焚烧炉焚烧,水泥窑处理成本约100-150 Euro/ton ,焚烧炉焚烧成本约250Euro/ton, 给企业带来严重的经济负担[5]

近年国家、各省相继出台“固体废物”治理规划[6,7],但国内油漆废渣的处置技术处于较低水平,极少进行资源化利用。本文重点介绍作者自主研发的油漆废渣再生技术与自动化设备,以及再生油漆废渣在防腐涂料、塑料、混凝土中的应用技术,为油漆废渣的处理提供可持续性、创新性和有益性的解决方案,促进油漆废渣资源化利用水平。

 

2油漆废渣再生技术与设备

湿法涂装生产线通过刮渣机得到的油漆废渣一般含75-90%的水分,10%左右可挥发性有机物,脱除水分及溶剂是油漆废渣再生利用的基础,机械脱水很难将水含量降到40%以下,而且脱水后的漆渣容易结成黏软的块状,再生利用更加困难。由于不能将废渣粉碎,脱水不够彻底,直接利用困难。山东建筑大学与泰安乐邦环保科技有限公司联合研发了油漆废渣再生技术与自动化装置(如图1所示),该装置由自动上料系统、压滤系统、破碎系统、干燥系统、超细粉碎系统及物料输送系统组成,实现了含水漆渣脱水、干燥、磨粉等工序一体化处理, 可以获得50-1000目的固体复合粉末材料,该装置配有废水、废气处理系统和除尘系统,对环境没有污染。所得固体粉末性状如图2所示,经权威部门检测,油漆废渣经上述工艺处理后,化学成分及浸出毒性值不再具有危废特性。

 

漆渣专利生产线示意图.jpg

1油漆废渣再生工艺与设备

 

       

a)油漆废渣                                    b)再生后复合固体粉末(200目)

2 油漆废渣及再生后固体复合粉末材料形貌

                                  

3. 复合固体粉末的资源化应用

3.1复合固体粉末在防腐涂料中的应用

针对热塑性油漆喷涂过程中产生的漆渣,通过漆渣再生获得复合固体粉末材料,此类粉料可用于单组份快干底漆、双组份底漆和环氧底漆的制备。

基本制备方法为:将400目复合固体粉末材料与二甲苯以11的比例,进行溶解、研磨,制得复合固体粉末材料浆料,再用此浆料进行底漆的调制。

3.1.1制备单组份快干底漆

在制得的复合固体粉末材料浆料中添加不比例的丙烯酸树脂,调整粘度和固含量,制得单组份快干底漆,对调制得到的底漆进行性能检测,如表1

1 不同树脂添加量的单组分底漆性能

        添加树脂比例,%

性能指标

0

2.5

5

10

60

80

干燥时间

表干,min

10

10

10

10

10

10

实干,h

6

6

6

6

8

8

硬度

H

H

H

HB

HB

HB

附着力,划格法,级

1

1

1

1

0

0

冲击强度,kg·cm

40

50

50

50

50

50

柔韧性,mm

2

2

2

2

1

1

耐盐雾,h

120

144

144

168

200

200

3.1.2制备双组份底漆

在制得的复合固体粉末材料浆料中按照4:1添加固化剂,调整粘度和固含量,制得双组份快干底漆,对调制得到的底漆进行性能检测,如表2

2 双组分底漆的性能

       性能指标

固化剂比例

干燥时间

硬度

附着力,划格法,级

冲击

Kg·cm

柔韧性,mm

耐盐雾,h

表干,min

实干,h

4:1(原漆:固化剂)

6

12

2H

1

40

2

144

3.1.3制备环氧底漆

在制得的复合固体粉末材料浆料中添加不同比例的环氧树脂,计算固化剂用量,加入相应的环氧固化剂,调整粘度和固含量,制得环氧底漆,对调制得到的底漆进行性能检测,如表3

3 不同树脂添加量的环氧底漆性能

         添加树脂比例,%

性能指标

0

2.5

5

10

干燥时间

表干,min

10

30

30

30

实干,h

6

24

24

24

硬度

H

H

H

H

附着力,划格法,级

1

0

0

0

冲击强度,kg·cm

40

40

40

40

柔韧性,mm

2

2

2

2

耐盐雾,h

120

168

216

240

 

3.2油漆废渣在塑料中的应用

分别在PPPEABS三种塑料树脂中添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣,添加前后力学性能指标对比值见表4,成型后置于QUV313试验箱,在相同条件下老化606h,观察试样老化后的现象,见表5

由此看出,在PPPEABS三种塑料树脂中添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣后,耐紫外线老化能力均有提高,力学性能指标有不同程度变化。PP树脂塑料的拉伸强度与伸长率减小,弯曲强度与弯曲模量有较大幅度提高,其中弯曲模量提高26.95%,弯曲强度提高15.45%;添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣后,PE树脂塑料的各项力学性能指标均有提高,其中弯曲模量提高39.63%,伸长率提高20.53%,效果显著;ABS树脂塑料添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣后,各项指标都有不同程度下降,其中,伸长率下降67.63%,抗冲击强度下降72.2%。因此,丙烯酸油漆废渣用于塑料制品可以提高塑料制品抗老化性能,用于PEPP等塑料制品,可以提高其力学性能,根据性能指标需要调整其用量。使用过程中,可以先加工成不同含量的塑料母粒,以便于塑料行业应用

3.3.油漆废渣在混凝土中的应用[8]

按照ISO679:1989规定的水泥胶砂强度检验方法, 用水量增加漆渣粉末的三分之一,将加工后的200目丙烯酸聚氨酯油漆废渣粉末,与水按一定比率加入到混凝土中,加工成40mm×40mm×160mm的标准试件,养护7天后,采用全自动水泥压力试验机(DYH-300B,精度1级, 最大行程100mm检测试块的抗折、抗压强度。丙烯酸聚氨酯油漆废渣粉末分别以水泥含量的5%10%15%20%作为填料加入到混凝土中,相同助剂、不同漆渣含量的混凝土的成分及力学性能见表6

4添加10%丙烯酸油漆废渣前后塑料试样力学性能

塑料试样种类

拉伸强度

伸长率

弯曲模量

弯曲强度

冲击/KJ/m2

PP

34.9

50.1

1254.0

36.9

5.88

PP+

30.6

11.2

1592.0

42.6

5.98

变化率/%

-12.32

-77.64

26.95

15.45

1.7

PE

12.7

349.8

104.2

6.0

冲不断

PE+

12.8

421.6

145.5

7.5

冲不断

变化率/%

0.79

20.53

39.63

25.00

/

ABS

47.8

27.8

/

/

23.4

ABS+

45.0

9.0

/

/

6.5

变化率/%

-5.86

-67.63

 

 

-72.2

 

5添加10%丙烯酸油漆废渣后塑料试样的老化试验现象

塑料种类

试样种类

试样状态描述

PP

白色(原试样)

黄变严重,整体粉化,变脆

灰色(添加漆渣)

黄变较轻,表面粉化,失光

PE

白色(原试样)

轻微发黄,材质变硬,弯曲有裂纹

灰色(添加漆渣)

颜色无明显变化,变脆

ABS

浅灰色色(原试样)

黄变严重,弯曲有裂纹

深灰色(添加漆渣)

黄变,变硬,弯曲有裂纹,失光

 

6不同漆渣含量的混凝土试块成分及力学性能

成分

水泥/g

砂子/g

废渣/g

/ml

SSA /g

消泡剂 /ml

抗折强度/MPa

抗压强度/MPa

1

450

1350

0

225

 

 

4.17

35.10

2

450

1350

22.5

232.5

0.465

0.57

4.30

35.13

3

450

1350

45

240

0.48

0.6

4.23

35.16

4

450

1350

67.5

247.5

0.495

0.619

3.76

34.46

5

450

1350

90

255

0.51

0.64

3.50

27.44

 

3是在表面活性剂与消泡剂共同作用下,胶砂试块强度与漆渣粉体用量的关系。由图看出,漆渣粉体占水泥量的5%10%时,胶砂试块抗折、抗压强度均有大幅度提高,抗压强度最大提高16.7%;当从漆渣粉体增加至水泥量的15%时,强度值开始下降,当达到20%时强度值已远低于标准胶砂试块强度值。出现上述规律,可能由于丙烯酸聚氨酯漆渣粉体结构中有少量残留的异氰酸酯、羟基、氨基,能够与水泥结构中的羟基发生共聚反应,提高了交联程度;结构中的氢原子还可以与硅酸盐结构中的氧形成氢键,增加了分子间的作用力;同时,丙烯酸聚氨酯粉体对混凝土试样起到填充作用,缓和水化反应,减少砂子和水泥之间的应力,提高了混凝土试块的强度。但当丙烯酸聚氨酯粉体用量过多时,丙烯酸聚氨酯粉体会发生团聚,增加了粉体与水泥胶料的界面,试块强度下降。

3 丙烯酸聚氨酯漆渣粉体用量对胶砂试块强度影响

4结论

1)通过自主研发的漆渣再生自动化生产线,可以实现油漆废渣的高效脱水、粉碎、筛分,获得不同粒度范围的高分子固体复合粉体,产品不再具有危险废物特征。

2)漆渣高分子固体复合粉体可以用于制备防腐涂料、塑料制品及混凝土中,添加一定量的高分子固体复合粉体于丙烯酸树脂单组分涂料中,能够提高凃层的耐盐雾值。在PPPEABS三种塑料树脂中添加10%质量分数的丙烯酸树脂油漆废渣后,耐紫外线老化能力均有提高,PE树脂塑料的各项力学性能指标均有提高。在水泥混凝土中,添加量小于水泥用量的10%时,胶砂试块抗折、抗压强度提高,当PS添加量达到水泥用量的15%以上时,强度显著下降。

                                 

 

参考文献

[1] 中华人民共和国环保部等.危险固体废物名录.中国, 20166.

  [2] 冯立明,张殿平,王绪建.涂装工艺与设备[M].北京:化学工业出版社,2013.

  [3] 中国涂料工业协会.2015年中国涂料行业经济运行情及未来走势分析[J].中国涂料,2016, 31(3):13-25.

      [4]  Fallon, Scott. FORD to start removing Paint Sludge dumped in N.Y. from MAHWAH[N].North Jersey Media Group.2015-8-11.

[5]  Salihoglu G, Salihoglu N K. A review on paint sludge from automotive industries: Generation, characteristics and management[J] . Journal of Environmental Management, 2016, 169:223-235.

[6] 山东省环保厅.山东省十三五危险废物处置设施建设规划.2017-7-29.

[7]全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国固体废物污染环境防治法(2016年修正).2016-11-7.

[8]  Feng Enqi, Sun Jitao, Feng Liming. Regeneration of paint sludge and reuse in cement concrete. E3S Web Conf. Volume 38, 2018 , ICEMEE 2018

[9]  Jamese M. Paint-sludge filtration system featuring pool aeration using high-pressure discharge from filter vacuum producer: US,20040031739A1[P]. 2004-02-19.

[10]  Eiangovan R, TAB, BARATHI. Equipment for reprocessing paint sludge: WO,2014037954A1[P]. 2014-03-13.