روش­ های كاهش آلودگی ناشی از صنایع رنگ در محیط زیست

مقدمه

مطابق تحقیقات انجام شده در دهه 70 یکی از منابع آلوده کننده محیط زیست حلال های آلی مورداستفاده در صنایع شیمیایی خصوصا صنایع رنگ سازی و رزین سازی و صنایع وابسته به آنها بوده است. تركیبات آلی فرارسنتز فتوشیمیایی اوزون را در لایه های نزدیك زمین تسریع می كنند و باعث تشكیل اوزون در لایه های پایین جو می شود كه برای انسان و دیگر مو جودات بسیار خطرناك است. متعاقب نشست های بین المللی و تصویب قوانین در مورد میزان مجاز آلودگی محیط زیست، در دهه 80 حرکت به سمت شیوه های نوین اعمال رنگ و تهیه ترکیب هایجدید سازگار با محیط زیست در دستور کار مراکز تحقیقاتی صنایع رنگ قرار گرفت. نصب برچسب زیست محیطی بر روی محصولات، انتشار جزوات راهنما برای محدودیت های وضع شده، تدوین استانداردها و روش های اندازه گیری مقدار VOC از جمله اقدامات اولیه بودند. در مورد جایگزینی ترکیب های جدید تحقیقات روی چهار بخش رنگ های پرجامد و بدون حلال، رنگ های پودری، رنگ های پایه آبی و رنگ های پخت شونده با اشعه متمرکز شده است .بهدنبال آن محصولاتی با مقدار مواد فرار کمتر تهیه و روانه بازارمصرف شد.. به طور كلی هدف روش های نوین پرداخت سطح فلزات، كاهش یا حذف كامل استفاده از حلال های آلی، سمی و آتش زا است.

1- پوشش دهی الكتریكی

این روش رنگ آمیزی بر پایه رنگ های پایه آب ابداع گردیده است و بر پایه قرارگیری فلز مورد نظر در یك میدان الكتریكیDC  برقرار است. در این روش با استفاده از یك میدان DC در یك مخزن حاوی رنگ های پایه آب، پوشش ها با ضخامت یكسان روی قطعات دارای اشكال پیچیده می نشینند. این روش یك سیكل بسته بدون پرت رنگ است. پوشش دهی الكتریكی دارای كارایی بیشتر با استفاده از فرآیندها و موادی است که از لحاظ زیست محیطی بی خطر بوده و هم از جنبه اقتصادی مقرون به صرفه هستند. بدون توجه به شكل هندسی قطعات، كل سطوح با یك لایه متحدالشكل و مطمئن پوشیده می­شود، همچنین قدرت نفوذ بالا؛ كاملا اتوماتیك؛ سیستم بسته كوتاه؛ راندمان تولید عالی؛ هزینه فرآیند كم؛ نشر كم مواد و آب به صورت پسماند (رنگ های پایه آب و سیستم بسته ) و خواص محافظتی فوق العاده پوشش از دیگر مزایای این روش به­ شمار می­رود.

2-  استفاده از خشك­ كن ­های جدید به جای كبالت

گستره وسیعی از افزودنی­ها با كاركردهای خاص در رنگ وجود دارند. یكی از مهمترین این افزودنی­ ها كاتالیزورهایی هستند كه برای خشك كردن رنگ به كار می­روند كه به­ عنوان خشك ­كن شناخته می­شوند. خشك­ كن­ ها كمپلكس­ های شیمیایی هستند كه با تسریع سرعت تشكیل اتصالات عرضی بین رنگپایه ­ها به خشك شدن رنگ كمك می­كنند و باعث كاهش مدت زمان خشك شدن رنگ می ­شوند. علاوه بر مشكل VOC مسئله دیگر استفاده از كبالت به ­عنوان خشك كننده است. تركیبات كبالت معمول­ترین خشك كننده ­ها برای خشك كردن اكسیداسیونی رنگ­ های آلكیدی هستند. با توجه به این  كه ‌آهن در حضور یك عامل كاهنده مانند اسكوروبیك اسید كاهیده ‌شود  می­توان از آن به­ عنوان خشك­كن استفاده كرد. در صورت عدم كنترل غلظت اسید در محلول، اسید می­تواند باعث توقف فرایند خشك شدن شود. و ASA/Fe از لحاظ كاهش زمان خشك شدن در مقایسه با كبالت بهتر عمل می­كند. در مقایسه با كبالت 2-اتیل هگزانوات، منگنز 2-هگزانوات دارای فعالیت كاتالیزوری كمتری است اما با افزایش بیپیریدین خواص خشك كنندگی منگنز 2-هگزانوات به طرز قابل توجهی بهبود می­یابد.

3- رزین­ های گیاهی

 رزین ها بخش اصلی تشکیل دهنده بدنه یا متریکس رنگ هستند سایر مواد را در خود جا داده و به سطح زیر کار می چسبانند. خواص رنگ کاملا با خواص رزین رابطه دارد، خواص گرانروی، چسبندگی، براقیت، مقاومت به عناصر خورنده، سختی و انعطاف، به طور عمده با خواص رزین یک رنگ رابطه دارد. PHASها (پلی 3 هیدروكسی آلكانوات) تركیبات قابل تخمیر بیولوژیكی هستند و پلیمرهایی غیر قابل حل در آب، كه درون سلول­ های زنده سنتز می­شوند و تجمع می­كنند. این رنگ پایه­ ها از اسیدهای چرب حاصل ‌از بذر كتان تولید می­ شوند. باكتری­ ها از اسیدهای چرب بلند و كوتاه زنجیر به­ عنوان منبع تأمین انرژی استفاده می­كنند و پس از كامل شدن تخمیر توسط سانتریفیوژ جدا می­شوند. به رزین به دست آمده پیگمنت اضافه و به بستر اعمال می­ شود. این منبع ارزان است و آلودگی زیست­ محیطی كمی در مقایسه با روش­ های متداول دارد.

4- روش­ های جدید عمل آوری پوشش­ ها

برای انجام بسپارش توسط فرابنفش  مانند هر واكنش رادیكالی دیگری به آغازگری نیاز است، كه براثر برخورد امواج فرابنفش تفكیك شود و رادیكال آزاد تولید كند تا بسپارش صورت گیرد. استفاده از پوشش­های پایه آب و قابل عمل آوری با فرابنفش  به ­عنوان یك روش زیست­ محیطی خوب شناخته ‌شده‌اند. مهمترین مزیت سیستم­ های پایه آب و عمل آوری شده با نورفرابنفش نبود تركیبات آلی فرار یا رسوبات باقیمانده مونومر است كه قابلیت عدم مهاجرت از سطح فیلم قبل و بعد از عمل آوری پوشش را ندارند. این موضوع باعث می­ شود فرایند پوشش و اشیای پوشش شده برای محیط كم­ خطرتر باشند. از مزایای دیگر آن، امكان دست یابی به ویسكوزیته پایین رنگ است كه اجازه می­دهد تا سطوحی با یكنواختی بیشتر به دست آید و نیز تعداد باندهای دوگانه واكنش دهنده را كه باعث چروك­ خوردگی فیلم پس از عمل­ آوری می­ شوند، كاهش می دهد.

5- رنگ­ های پایه آب

جایگزین بعدی برای آستر و رنگ رویه پایه حلالی، رنگ های پایه آبی هستندظهور رنگ های لاتکسی اولین قدم اصلی برای دور شدن از پوشش های پایه حلالی بود. این پوشش ها معمولا شامل بالای 80% وزنی آب و مقادیر کمی از حلال های آلیمانند گلیکول اتر می باشند. اولین رنگ های پایه آبی محافظ خوردگی یک جزیی و بر پایه استایرین-پلی بوتادین آن، بسپارهای وینیل اکریلیک و الکید امولسیونی بودند. بعدها با توسعه آنها محصولاتی بر پایه اپوکسی دو جزیی، فلوئور بسپارها و پلی یورتان های پراکنشی هم ایجاد شدند. در حال حاضر این رنگ ها بر پایه بسپارهایی با مشخصات پراکنشی ساخته می شوند. بسپارهای اصلاح شده به روش هیدروفوبی، میکروژل، امولسیون در محلول های قلیایی و بسپارهای قابل احیا در آب ترکیب می شوند.

جدول 1- مقایسه رنگ­ های پایه حلال و پایه آب

6-  رنگ های پودری

رنگ های پودری مواد خشک و جامد متشکل از رزین، رنگدانه و مواد افزودنی هستند که حداکثر می تواند 10% مواد فرار را هنگام حرارت دادن آزاد کنند. معمولا این رنگ ها با افشانش مخصوص به صورت ذرات معلق پودر در هوا که دارای بار الکتریکی هستند، بر روی شیئی پرتاب و در سطح آن می نشیند و سپس تحت عمل حرارت، ذوب و تشکیل لایه می دهند. از جمله مزایای این رنگ حذف مشکلات حاصل از شره کردن، طبله کردن، اختلاط مایع و پمپ کردن آن و مشکلات تنظیم گرانروی می باشد. از سوی دیگر رنگ های پودری به راحتی می توانند لبه های تیز جسم با هر شکل را پوشش دهند. مصرف انرژی در این سامانه، کم و مصرف ماده به هنگام رنگ آمیزی به ازای هر واحد سطح نسبت به رنگ های پایه حلالی سنتی کمتر می باشد. در ضمن امکان بازیافت مواد اضافی استفاده نشده هنگام افشانش هم وجود دارد. عدم استفاده از ترکیبات آلی فرار و حلال های آلی، حداقل گازهای خروجی از کوره به هنگام پخت، کم بودن ضایعات و دور ریز هنگام فرایند تولید و مصرف، عاری بودن از فلزات سنگین و غیر سمی بودن این محصولات همگی دلایلی هستند که رنگ های پودری را از نظر زیست محیطی یک پوشش برتر معرفی می کند.

نتیجه گیری

با پیشرفت تكنولوژی هر روز شاهد ابداع روش­های جدیدی برای حفظ محیط زیست هستیم. بر ماست كه با این موج همسو شویم و نه تنها از این روش­ها استفاده كنیم بلكه خود نیز ابداع كننده روش­های جدید باشیم. از بهترین راه­های حفظ محیط زیست در صنایع رنگ و پوشش، استفاده از رنگ­های پایه آب و قابل عمل­ آوری با فرابنفش است و در صنایع رنگ­های آلكیدی نیز استفاده از خشك­ كن­ های آهن می­تواند از راهكارهای اصلی حل این مسئله باشد.

نویسنده : نسرین اوتادی، دانشجوی دكتری دانشكده محیط زیست و انرژی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران