Некоторые аспекты использования обеспыливающих масляных эмульсий в производстве теплоизоляционных материалов

В настоящее время, в технологии производства волокнистых теплоизоляционных материалов широко применяются различные эмульсии. Эмульсии, как правило, входят в состав связующих на основе фенолформальдегидных смол, модифицированных карбамидом, наряду с такими компонентами, как сульфат аммония, аммиак и аминосилан. Эмульсии условно можно разделить на три основных типа: масляные (обеспыливающие) эмульсии, силиконовые (гидрофобизирующие) эмульсии и комбинированные продукты, представляющие собой смесь масляной и силиконовой эмульсий.

Назначение эмульсий в составе связующего – связывание пыли, образующейся при разрушении силикатных волокон в результате механических воздействий, уменьшение трения между волокнами в материале (улучшение органолептических показателей), гидрофобизация материала, то есть недопущение попадания внутрь материала компактной влаги, существенно ухудшающей теплоизолирующие характеристики материала и способствующей его разрушению.
Масляные эмульсии состоят из воды (дисперсионная среда), масла, несмешивающегося с водой (дисперсная фаза) и системы поверхностно-активных веществ (ПАВ), облегчающих процесс диспергирования (получения эмульсии) и стабилизирующих её на протяжении длительного времени.
К маслу, применяемому для производства эмульсий, предъявляется ряд требований, обусловленных технологией производства теплоизоляционных материалов. Например, масло должно иметь определённую вязкость, так как низковязкие масла существенно уступают высоковязким по ёмкости поглощения пыли, а также способны к миграции, то есть плохо удерживаются на волокнах, как в ходе технологических процессов производства, так и при эксплуатации теплоизоляционных материалов. Также, масло должно иметь температуру вспышки не менее +280°С. Если температура вспышки масла будет ниже – это может привести к таким неблагоприятным последствиям на производстве, как повышенная задымлённость в цехе, повышенный расход эмульсий, возгорания воздуховодов камер термообработки.
Данным требованиям по вязкости и температуре вспышки удовлетворяют высоковязкие нефтяные масла селективной очистки, которые имеют достаточно высокую стоимость. Поэтому многие недобросовестные производители эмульсий в настоящее время используют либо более дешёвые неочищенные масла, либо масла с заниженной вязкостью и температурой вспышки. Неблагоприятные последствия низкой температуры вспышки и вязкости масел, применяемых для производства эмульсий мы рассмотрели ранее. Чем же опасно использование неочищенных масел, а то и вообще экстрактов селективной очистки нефтяных масел, которые в настоящее время используются для производства эмульсий рядом недобросовестных производителей?
Качественное высоковязкое масло селективной очистки, как правило, состоит из алифатических и нафтеновых углеводородов. В неочищенном масле в значительных количествах присутствуют ароматические углеводороды, а экстракты селективной очистки состоят преимущественно из ароматических углеводородов. Зачастую, значительную часть этих углеводородов составляют ПАУ – полициклические ароматические углеводороды. Эта группа веществ уже достаточно давно вызывает пристальное внимание со стороны ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), врачей-онкологов и учёных во всём мире, так как среди этих веществ обнаружено большое количество соединений, обладающих доказанной по отношению к животным и человеку канцерогенной активностью.
Первыми веществами, в отношении которых была доказана способность вызывать злокачественные опухоли у животных, а также в результате исследования людей с профессиональными раковыми заболеваниями, стал 1,2-бензпирен, выделенный из каменноугольной смолы в 1963 г., а также, такие сильно канцерогенные соединения, как 9,10-диметил-1,2-бензатрацен и 20-метилхолантрен.

Эти, а также многие другие вещества группы ПАУ содержатся в пеках, мазутах, битумах и нефтяных маслах, полученных преимущественно из ароматических и ароматизированных нефтей. Следует отметить, что далеко не все ПАУ в опытах на животных обладают канцерогенной активностью. Например, из 6 возможных тетрациклических ПАУ, канцерогенные свойства были несомненно установлены у 3,4-бензфенантрена, способность вызывать саркомы при подкожном введении обнаружена у 1,2-бензантрацена и, по-видимому, в значительно меньшей степени у хризена.

Как канцерогенные, так и неканцерогенные ПАУ, которые всегда находятся в технических продуктах в виде смесей – это кристаллические вещества, плохо растворимые в воде, значительно лучше – в органических растворителях, в том числе жирах, что приводит к их накоплению (кумуляции) в организме даже при сравнительно невысоких концентрациях, а также передаче потомству (в опытах на животных) при его вскармливании молоком матери. В присутствии детергентов, например додецилсульфата, а также пуринов (содержатся в чае и кофе) растворимость ПАУ в воде резко возрастает. ПАУ способны при нагревании возгоняться, загрязняя, таким образом, воздух рабочей зоны и окружающую среду. ПАУ интенсивно флуоресцируют в УФ-свете, на чём основан основной метод их аналитического определения (после предварительного концентрирования проб). Сравнительно легко окисляются с образованием хинонов, а затем карбоновых кислот, некоторые канцерогенные ПАУ разрушаются под действием сильных концентрированных кислот, токов высокой частоты, ультразвука, УФ-излучения.

Канцерогенные ПАУ вызывают опухоли, главным образом в месте контакта (например, при попадании на кожу), но небольшое количество опухолей может возникнуть в отдалённых органах. Канцерогенные ПАУ распространённые в производственных условиях и окружающей среде, влияют, прежде всего, на частоту заболеваний раком желудка и лёгких.
На сегодняшний день наиболее распространена теория канцерогенности, согласно которой сами ПАУ не обладают канцерогенной активностью, однако при попадании в организм образуются исключительно канцерогенные метаболиты - эпоксипроизводные, под действием которых происходит перерождение здоровых клеток в злокачественные (процесс малигнизации). Также существуют достаточно веские доказательства в пользу того, что канцерогенные ПАУ не играют самостоятельной роли, а только создают условия для проявления действия онкогенных вирусов. Однако, следует отметить, что какая бы из теорий не преобладала на данном этапе развития науки и человеческих знаний – опасность канцерогенов для организма человека и окружающей среды это ни в коей мере не снижает.
Таким образом, выбор эмульсий по главному, на сегодняшний день, для многих производителей теплоизоляционных материалов критерию – цене, становится весьма опасным занятием. Применение тендерной системы при закупках сырья и материалов для производства оправдано только при чётко выстроенной системе критериев эффективности и безопасности применения того или иного материала, а это присутствует на практике лишь на отдельных немногих предприятиях.
В последнее время, также, всё большее значение придаётся комплексу мероприятий, которые объединяются общим понятием «социальной ответственности» бизнеса в целом, и производителей теплоизоляционных материалов в частности. «Социальная ответственность» подразумевает под собой изменение отношения людей, управляющих предприятиями в сторону более ответственного отношения к персоналу производств, окружающей среде и обществу. Социально ответственный руководитель никогда не утвердит закупку материалов для производства, которые могут нанести вред как его работникам, так и потребителям продукции, несмотря на то, что законодательная база, которая регулировала бы применение таких потенциально опасных материалов при производстве теплоизоляции в Российской Федерации, практически отсутствует.

На ИК-спектре масел с селективной очисткой и без очистки, видны пики на характеристических частотах групп -СН2 и -CH3, что указывает на нафтено-алифатический характер углеводородов, из которых состоит масло. Величина пиков пропорциональна концентрации присутствующих в масле групп. На выделенном участке - часть ИК-спектра экстракта масла селективной очистки видно, что помимо сигналов нафтено-алифатических групп, появляется полоса, обусловленная колебаниями связей ароматического кольца (ν = 1610 см-1).

Каковы же критерии выбора качественной безопасной эмульсии? Каким образом производить оценку качества масел, на основе которых изготовляются данные эмульсии? Ведь зачастую лаборатории на многих предприятиях по выпуску теплоизоляции не располагают необходимым оборудованием и методиками. Алгоритм оценки достаточно прост. Практически любая эмульсия быстро распадается под действием горячего насыщенного раствора соли алюминия. В качестве примера: алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы (сульфат калия-алюминия, сульфат аммония-алюминия), сульфат алюминия и другие соли алюминия. После распада масляной эмульсии (для этого может потребоваться некоторое время и перемешивание) образуются два слоя (фазы) – водная и масляная. Масляная фаза, ввиду того, что масло, как правило, имеет плотность менее 1,0, находится вверху и её достаточно просто собрать при помощи пипетки в отдельную чистую и сухую емкость. ИК-спектрометры и УФ-флуориметры обычно не входят в стандартное оборудование ОТК заводов производства теплоизоляционных материалов, поэтому рекомендуем снять спектры при помощи лаборатории СЭС (имеются в любом областном центре и не только), заключив с ними договор. Также, эти профильные лаборатории имеют возможность целенаправленно определить содержание канцерогенных ПАУ в различных марках масел, используемых для производства эмульсий.

Использованная литература и источники:
1. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров, врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трёх томах. Том 1. Органические вещества. Под ред. Н.В. Лазарева и Э.Н. Левиной. Л., «Химия», 1976. 592 стр.
2. Материалы Всемирной Организации Здравоохранения (WHO), доступные на сайте http://www.who.int/cancer/ru/
3. Материалы сайта Международного Агентства по изучению рака (IARC), доступные на сайте http://www.iarc.fr/

К списку статей