Wytyczne dotyczące zastępowania i redukcji LZO w działalności objętej dyrektywą w sprawie emisji rozpuszczalników LZO (dyrektywa 1999/13/WE)

Transkrypt

1 AEA, energia i środowisko Sporządziła grupa AEA Wytyczne dotyczące zastępowania i redukcji LZO w działalności objętej dyrektywą w sprawie emisji rozpuszczalników LZO (dyrektywa 1999/13/WE) Wytyczna 8 część 2: w tym powlekanie tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru. Komisja Europejska 2009 okopol Instytut Strategii Środowiskowych BiPRO

2 Spis treści 1 Wstęp Podsumowanie zastępowania i redukcji LZO Opis czynności i powiązanych sektorów przemysłu Powlekanie papieru Powlekanie tworzyw sztucznych Powlekanie folii Powlekanie tkanin Opis techniczny procesów Schemat procesu i związana z nim emisja LZO Opis procesu Stosowanie, emisja i wpływ rozpuszczalników na środowisko Stosowane rozpuszczalniki Zużycie rozpuszczalników i poziom emisji Zasadnicze kwestie ochrony środowiska i zdrowia Zastępowanie LZO Systemy bez LZO Systemy o zmniejszonej ilości LZO s Inne działania w celu zapobiegania i metody redukcji emisji LZO Metody redukcji emisji i środki stosowane na końcu rury Usprawnienia procesu Podsumowanie metod redukcji emisji LZO Przykłady dobrej praktyki Przykład 1: zastąpienie systemu na bazie rozpuszczalnika systemami na bazie wody Przykład 2: suszenie powłok na bazie wody za pomocą osuszonego powietrza Przykład 3: powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego Nowe metody i zamienniki na etapie prac rozwojowych Powlekanie tworzyw sztucznych - stosowanie powłok proszkowych Źródła informacji Marzec /20

3 1 Wstęp Niniejsze wytyczne dotyczą powlekania tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru oraz związanego z tym czyszczenia urządzeń; przedstawia się możliwości zastąpienia lub zmniejszenia stosowania LZO oraz wynikającej z tego emisji. Tabela 1: określenie zakresu dyrektywy w sprawie emisji rozpuszczalników LZO (dyrektywa SE) Dyrektywa SE określenie zakresu (aneks I) Powlekanie zostało zdefiniowane jako każda czynność, w toku której następuje jednorazowe lub wielokrotne nałożenie ciągłej warstwy powłoki. Dyrektywa SE obejmuje instalacje, w których takie czynności mają miejsce, przy czym roczne zużycie rozpuszczalników organicznych przekracza 5 t. Czynność innego powlekania obejmuje szereg różnych sektorów (np. przemysł papierniczy, włókienniczy) i ma miejsce jako proces główny w specjalistycznych firmach, a także jako pojedynczy etap produkcji w innych. Powlekanie metali i sitodruk rotacyjny na tkaninach nie wchodzi w zakres niniejszych wytycznych (patrz wytyczne 8 część 1 oraz wytyczne 3). Jeśli czynność powlekania obejmuje etap, w którym nadruk wykonuje się na tym samym wyrobie, niezależnie od stosowanej metody, etap drukowania stanowi element czynności powlekania i dlatego został uwzględniony. Czynności drukowania, jednak, stanowiące czynność odrębną, nie wchodzą w zakres niniejszych wytycznych (patrz wytyczne 1, 2 i 3). Dyrektywa SE określa następujące wartości graniczne emisji dla czynności innego powlekania: DYREKTYWA SE DOTYCZY SEKTORÓW INNEGO POWLEKANIA, JEŚLI PRZEKROCZONE ZOSTANIE ZUŻYCIE ROZPUSZCZALNIKÓW 5 TON ROCZNIE Tabela 2: wartości graniczne emisji według dyrektywy SE (1) Dyrektywa SE - wartości graniczne emisji (ELV) (aneks II A czynność nr 8) Czynność w tym powlekanie metali, tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru Wartość progowa zużycia rozpuszczalni ków [ton/rok] ELV w gazach wylotowych [mg C/Nm³] Emisja niezorganizowana [% początkowej ilości rozpuszczalnika] (1), (4) 25 (4) >15 50/75 (2), (3), (4) 20 (4) Całkowita ELV Wartości graniczne emisji dotyczą nakładania powłok i procesów suszenia prowadzonych w warunkach zamkniętych. (2) Pierwsza wartość graniczna emisji dotyczy procesów suszenia, zaś druga procesów nakładania powłok. (3) W przypadku instalacji do powlekania tkanin, w których wykorzystuje się metody pozwalające na ponowne wykorzystanie odzyskanych rozpuszczalników, wartość graniczna emisji dla nakładania powłoki i procesów suszenia łącznie wynosi 150. Marzec /20

4 (4) Czynności powlekania, których nie można wykonać w warunkach zamkniętych (np. budowa okrętów, malowanie samolotów), mogą być zwolnione z przestrzegania tych wartości zgodnie z art. 5 ust. 3 lit. b. Zamiast przestrzegania powyższych ELV operatorzy mogą zdecydować się na zastosowanie programu redukcji zgodnie z wymaganiami aneksu II (B) dyrektywy SE. Szczególne wymagania obowiązują w przypadku LZO klasyfikowanych jako substancje CMR 1 oraz w przypadku fluorowcowanych LZO, którym przypisano zwroty R40 lub R68 2. Istnieje ogólny obowiązek zastępowania substancji CMR (w możliwie największym zakresie) substancjami lub preparatami mniej szkodliwymi najszybciej, jak to możliwe. W przypadku natężenia przepływu masy 10 g/h dla LZO klasyfikowanych jako substancje CMR lub 100 g/h dla fluorowcowanych 3 LZO, którym przypisano zwroty R40/R68, ELV w gazach wylotowych wynoszą odpowiednio 2 i 20 mg/nm 3 ; wartości te są obowiązujące także przy zastosowaniu programu redukcji. W przepisach krajowych mogą zostać ustalone niższe wartości progowe zużycia rozpuszczalników, bardziej restrykcyjne ELV lub dodatkowe wymagania. 2 Podsumowanie zastępowania i redukcji LZO Ta czynność obejmuje powlekanie tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru. Procesy te prowadzi się w różnych sektorach przemysłu przy użyciu wielu różnych technologii i powłok. Materiały alternatywne bez rozpuszczalników lub o niskiej zawartości rozpuszczalników, na przykład na bazie wody (np. powłoki gruntowe i podkładowe stosowane w przemyśle motoryzacyjnym) lub powłoki topliwe (np. stosowane w przemyśle spożywczym), są już dostępne dla wielu zastosowań. Jeśli wymagania dotyczące właściwości lub jakości wymagają użycia produktów na bazie rozpuszczalników, dostępne są także produkty o obniżonej zawartości LZO, takie jak powłoki o dużej zawartości substancji stałych. Powłoki na bazie wody, topliwe i utwardzane promieniowaniem UV i EB to często stosowane zamienniki powłok na bazie rozpuszczalników. Powłoki utwardzane promieniowaniem (ultrafioletowym i wiązką elektronów (EB)) to ważne produkty bez LZO lub o niskiej zawartości rozpuszczalników, stosowane głównie w powlekaniu folii. Metody redukcji emisji, takie jak stosowanie węgla aktywnego lub utlenianie termiczne z regeneracją i rekuperacją, są często stosowane, jeśli nie można zastąpić LZO lub ich ograniczyć bądź podejścia takiego się nie stosuje. 3 Opis czynności i powiązanych sektorów przemysłu Czynność obejmuje procesy powlekania szeregu różnych podłoży (np. tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru) z użyciem rozpuszczalników organicznych. W związku z tym niniejsze wytyczne można wykorzystywać w wielu różnych sektorach w szczególności w sektorach omówionych poniżej. W roku Państw Członkowskich UE informowało o około 5000 istniejących i 300 nowych instalacjach, które prowadziły działalność podlegającą zakresowi czynności numer 8 aneksu II A obejmującej czynności związane z powlekaniem metali, tworzyw sztucznych, tkanin, włókien, folii i papieru [Implementation 2006]. 1 Substancje CMR rakotwórcze (R45, R49), mutagenne (R46) lub toksyczne dla reprodukcji (R60, R61). 2 Po przyjęciu dyrektywy SE miała miejsce zmiana treści zwrotu R o symbolu R40. Pierwotne brzmienie R40 było następujące: Możliwe ryzyko powstawania nieodwracalnych zmian w stanie zdrowia człowieka. Nowe brzmienie to: Ograniczone dowody działania rakotwórczego. Poprzednie brzmienie obejmowało mutagenność (kat. 3). Działanie mutagenne obejmuje obecnie oddzielny zwrot R68: Możliwe ryzyko powstawania nieodwracalnych zmian w stanie zdrowia. Nowy zwrot R nie obejmuje rakotwórczości. Nowe brzmienie zwrotu R40 jest rzecz jasna mniej restrykcyjne niż poprzednie. Do momentu dostosowania dyrektywy SE do tej zmiany decyzję ostateczną co do tego, która wersja jest obowiązująca, może wydać jedynie Europejski Trybunał Sprawiedliwości. 3 Fluorowcowane rozpuszczalniki organiczne to węglowodory zawierające jeden lub więcej następujących fluorowców: fluor, chlor (np. trichloroetylen), brom (np. bromek n-propylu) lub jod. Marzec /20

5 3.1 Powlekanie papieru Powlekanie papieru ma na celu poprawę połysku, koloru, jakości druku lub blasku papieru. Powłoki można nakładać na maszynie (tzn. powlekanie jest integralną częścią maszyny papierniczej) lub poza nią. [IFC 2007] Wiele produktów w przemyśle papierniczym powleka się powłokami bez rozpuszczalników lub o niskiej zawartości rozpuszczalników o minimalnej emisji np. w procesie powlekania przez wytłaczanie tworzywa sztucznego (patrz punkt 6.1.1). POWŁOKI NA BAZIE WODY WYKORZYSTUJE SIĘ GŁÓWNIE W POWLEKANIU PAPIERU Prawie wszystkie powłoki do papieru to produkty na bazie wody zawierające niewielką ilość LZO. Wymagana zawartość substancji stałych to 30-50% dla zastosowań z użyciem noży powietrznych i 50-70% dla innych zastosowań. [BREF PPI] Papier powlekany wykorzystuje się głównie w przypadku papieru ilustracyjnego, papieru powlekanego maszynowo, papieru powlekanego lekkiego (LWC, g/m²), pudełek składanych i kartonu kredowanego. [BREF PPI 2001] Przy powlekaniu papieru w przemyśle meblowym wykorzystuje się głównie produkty na bazie wody o zawartości rozpuszczalnika poniżej 5%, a także powłoki utwardzane promieniowaniem UV lub EB o zawartości rozpuszczalnika poniżej 0,5%. [BASF ]. Producenci tapet wykorzystują częściowo podkład papierowy powlekany materiałami PVC i wstępne smarowanie. Metody drukarskie, takie jak druk wklęsły, fleksografia oraz sitodruk i wytłaczanie, stosuje się zazwyczaj do ostatecznej obróbki tapet. Ogólna tendencja polega na stosowaniu produktów bez lub o niskiej zawartości LZO, dlatego wiele instalacji nie przekracza wartości progowej zużycia z dyrektywy SE. Jeśli wartość progowa zostanie przekroczona, emisję LZO zmniejsza się zazwyczaj z użyciem utleniania termicznego. 3.2 Powlekanie tworzyw sztucznych Znaczna większość farb stosowanych do powlekania tworzyw sztucznych jest zużywana w przemyśle motoryzacyjnym (~75%). W szczególności elementy zewnętrzne, takie jak zderzaki i elementy przednie, powleka się, aby uzyskać to samo wykończenie i kolor, co reszta pojazdu. Pozostałe 25% wykorzystuje się głównie w powłokach w przemyśle elektronicznym (np. telewizory, sprzęt audio, obudowy komputerów). [BREF STS 2007] W 99% przypadków samo tworzywo sztuczne ma wymagane właściwości fizyczne i dekoracyjne. Powlekanie tworzyw sztucznych występuje głównie w zastosowaniach zewnętrznych. [pro-k 2008] POWŁOKI UTWARDZANE PROMIENIOWANIEM UV TO CORAZ CZĘŚCIEJ STOSOWANA METODA W POWLEKANIU PAPIERU Głównym powodem powlekania tworzyw sztucznych jest zwiększenie wartości i dodanie efektów specjalnych do elementu z tworzywa sztucznego, ale także uzyskanie wymaganych właściwości w dotyku i/lub odporności na wodę. Stosuje się zazwyczaj żywice na bazie wody oraz na bazie rozpuszczalników, utwardzane energetycznie i nakładane proszkowo. Na wybór żywicy wpływa charakter podłoża, metoda nakładania oraz wymagania użytkowe. [Cytec 2008] Powlekanie proszkowe podłoży wrażliwych na podwyższoną temperaturę, w tym tworzyw sztucznych, można wykonać stosując proszki utwardzane promieniowaniem UV. W tym wypadku proszek upłynnia się ogrzewając krótko promieniowaniem podczerwonym, a następnie poddaje działaniu promieniowania UV. Stosowanie technologii utwardzania promieniowaniem UV jest coraz powszechniejsze dzięki lepszym właściwościom eksploatacyjnym dostępnych żywic UV i opracowywaniu nowych spoiw UV. Dzięki tym pracom zwiększyła się jakość powlekania podłoży z tworzyw sztucznych, takich jak polietylen (PE), polipropylen (PP), akrylonitryl-butadien-styren (ABS) oraz poli(metakrylan metylu) (PMMA). Zalety technologii utwardzania promieniowaniem UV to szybkie utwardzanie, brak lub bardzo niska zawartość LZO oraz doskonałe właściwości użytkowe, takie jak odporność na zarysowanie i plamienie. [CYTEC 2008] 3.3 Powlekanie folii Marzec /20

6 Typowe zastosowania powlekania folii to dekoracyjne folie meblarskie, folie do pakowania żywności i folie rolnicze. Folie meblarskie produkuje się głównie z użyciem farb utwardzanych promieniowaniem UV i wiązką elektronów. Oprócz takich produktów utwardzanych radiacyjnie w obróbce wykańczającej folii często stosuje się systemy na bazie wody utwardzane kwasami. FOLIE POWLEKA SIĘ ZAZWYCZAJ, ABY NADAĆ WŁAŚCIWOŚCI DEKORACYJNE, ZAPOBIEGAJĄCE ZAPAROWYWANIU LUB ANTYSTATYCZNE Powłoki do folii nakłada się zazwyczaj w postaci roztworów na bazie wody lub rozpuszczalników z dodatkami (np. monooleinian glikolu, estry sorbitanu, etoksylowane alkohole) w zależności od właściwości fizycznych powierzchni. Ma to tę zaletę, że wymagane wykończenie uzyskuje się natychmiast i zmniejsza do minimum zużycie materiałów. Inną możliwością modyfikacji właściwości powierzchni folii jest dodanie specjalnych środków do receptury folii. Powlekanie folii służy do różnych celów, takich jak: Zapobieganie zaparowywaniu: zapobieganie kondensacji pary wodnej na folii z tworzywa sztucznego. Powłoka antystatyczna: zapobieganie gromadzeniu ładunków elektrostatycznych na folii. [WEKO] Powłoki zapobiegające zaparowywaniu: Powłoki takie wykorzystuje się w opakowaniach do żywności i foliach rolniczych. Powłoki nanosi się natryskowo lub przez zanurzenie. Powłoki antystatyczne Powłoki takie nanosi się natryskowo lub przez zanurzenie, aby zapobiec gromadzeniu się ładunku elektrostatycznego na powierzchni polimeru, co mogłoby zakłócać proces produkcji, procesy formowania i/lub użytkowanie produktu gotowego. 3.4 Powlekanie tkanin W produkcji tkanin, aby uzyskać wymagane właściwości i funkcjonalność produktu gotowego, stosuje się wiele etapów produkcji. Powlekanie tkanin było od dawna elementem procesu produkcji materiałów do codziennego użytku. Od niedawna coraz ważniejsze stają się inne sektory takie jak produkcja odzieży spełniającej specjalne wymagania użytkowe (np. do celów medycznych) oraz włókien, które muszą spełniać wymagania techniczne zastosowań w architekturze, przemyśle motoryzacyjnym lub ochronie środowiska. [TEGEWA 2008] POWLEKANIE ŚRODKAMI NA BAZIE WODY TO GŁÓWNE ZASTOSOWANIE PRZY POWLEKANIU TKANIN Zużycie rozpuszczalników organicznych do powlekania w przemyśle włókienniczym stale maleje. Okazuje się, że w Niemczech produktów na bazie rozpuszczalników nie wykorzystuje się już prawie w ogóle. W Europie stosuje się głównie powłoki na bazie wody z niewielką ilością rozpuszczalników działających jako środki biobójcze. Zawartość rozpuszczalników wynosi zazwyczaj 0,1 2%. [TEGEWA 2008], [BASF ] Od wprowadzenia dyrektywy SE zapotrzebowanie na produkty na bazie wody znacznie wzrosło [BASF ]. Firmy zwracają się do dostawców o dostarczenie produktów bez LZO lub o niskiej zawartości rozpuszczalników, aby nie przekroczyć wartości progowych według dyrektywy SE. Drukowanie to jedna z tych czynności, w których rozpuszczalniki nadal się wykorzystuje jako zagęszczacze, zaś sitodruk jest najważniejszą metodą drukowania w przemyśle włókienniczym. Czynność ta nie wchodzi w zakres niniejszych wytycznych (patrz wytyczne 3). W Europie w roku 2008 szacowana produkcja tekstylnych materiałów podłogowych wyniosła 950 mln m². W przypadku poniżej 2% tej sumy wykorzystano powłoki na bazie rozpuszczalników [TFI 2008]. Jedynym procesem, w którym może występować emisja LZO, jest powlekanie spodniej warstwy wykładzin (materiałów podłogowych) w oparciu o monomery niespolimeryzowane zazwyczaj wykorzystuje się wodne dyspersje lateksowe. Średnia zawartość rozpuszczalników w systemach wodnych wynosi około 0,02%. Wynika z tego całkowita emisja 53,2 t LZO z przemysłu wykładzin w Europie. 4 Opis techniczny procesów Marzec /20

7 4.1 Schemat procesu i związana z nim emisja LZO Schemat przedstawiony na rysunku 1 pokazuje typowe etapy procesów w zastosowaniach powłok. Emisja LZO związana z etapem procesu zależy od stosowanej metody nakładania i systemu powłokowego. Emisja LZO zachodzi głównie w procesach powlekania i suszenia: Rysunek 1: Możliwe źródła emisji LZO w procesach powlekania z użyciem farb lub lakierów na bazie rozpuszczalników 4.2 Opis procesu Powlekanie tworzyw sztucznych EMISJA LZO ZACHODZI NA ETAPACH POWLEKANIA, SUSZENIA I CHŁODZENIA To, jaka metoda powlekania zostanie zastosowana, zależy od podłoża oraz od przeznaczenia produktu gotowego. W wieku wypadkach można zastosować dwie lub więcej warstw tworzonych przez różne rodzaje powłok: Powłoka gruntowa Powłoka podkładowa Powłoka przezroczysta (powłoka wierzchnia) Powłoki z tworzyw sztucznych będące farbami mokrymi nakłada się zazwyczaj pod wysokim ciśnieniem lub za pomocą natryskiwania wspomaganego powietrzem. Nakładanie farby przy dużej objętości i niskim ciśnieniu (HVLP) pozwala zwiększyć wydajność powlekania z 20-40% do 25-50%. Jeśli to możliwe, nakładanie wykonuje się za pomocą automatów zapewniających stałą grubość warstwy. Można stosować metody nakładania elektrostatycznego tworzące nadstruktury wielowarstwowe. Marzec /20

8 Tworzywo sztuczne jest wrażliwe na podwyższoną temperaturę, dlatego zasadniczo nie należy przekraczać temperatury 80 C w etapie suszenia. W niektórych wypadkach można zastosować strefę podgrzewania o temperaturze do 135 C ze strefą utrzymywania o temperaturze 110 C. Powlekanie elementów tworzyw sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym wykonuje się często w komorach. Najczęściej stosowaną metodą redukcji emisji w tym przemyśle jest utlenianie termiczne. Zastosowanie koła adsorpcyjnego może zwiększyć wydajność utleniania termicznego Powlekanie papieru i folii Urządzenia do powlekania dużych powierzchni płaskich, takich jak papier i folia, zazwyczaj składają się z rozwijarki, modułu lub modułów powlekających, sekcji suszenia i nawijarki. Nakładanie powłoki przeprowadza się za pomocą systemów powlekania z użyciem wałka, noża powietrznego, prasy zaklejającej, łopatki, dysz lub płaskownika, zapewniających stałą grubość. Około 70% całej ilości zużytego rozpuszczalnika jest emitowane z linii powlekających, przy czym większość pochodzi z pierwszej strefy pieca suszarniczego. Pozostałe 30% jest emitowane w związku z transportem, składowaniem i mieszaniem rozpuszczalników. Typowe technologie redukcji emisji w tym przemyśle to utlenianie termiczne i filtry z węglem aktywnym. [EPA Paper coating 1981] [BREF PPI 2001] Metody nakładania Metody nakładania powłok różnią się znacznie, jednak zasadniczo można je podzielić na następujące trzy grupy: - Nakładanie za pomocą pędzla lub wałka - Zanurzanie - Natryskiwanie Ogólnie najczęściej wykorzystuje się metody natryskiwania. Liczba powłok i późniejszych etapów suszenia zależy od wymaganego wykończenia powierzchni. Do powlekania folii wykorzystuje się często złożone moduły powlekające. Powłokę można nakładać na powierzchnię wałkiem lub natryskowo w zamkniętej komorze. Powłoka gruntowa Powłokę gruntową nakłada się często, aby przygotować powierzchnię do późniejszego etapu powlekania. Powłoka gruntowa może ponadto działać jak warstwa chroniąca podłoże np. przed promieniowaniem UV. Barwne powłoki gruntowe można nakładać w połączeniu z cienkimi warstwami powłoki podkładowej. Ponadto powłoki gruntowe nakłada się, aby uzyskać warstwę przewodzącą na podłożach nieprzewodzących i umożliwić powlekanie elektrostatyczne. Powłoki gruntowe to często produkty na bazie rozpuszczalników. Powłoka podkładowa Powłoki podkładowe nadają zazwyczaj barwę i estetykę dostępne są jako produkty na bazie rozpuszczalników, na bazie wody i o dużej zawartości substancji stałych. Powłoki gruntowe i podkładowe na bazie wody nie są źródłem większych problemów dla przemysłu motoryzacyjnego, pod warunkiem, że całkowicie wyschną przed nałożeniem warstwy wierzchniej na bazie rozpuszczalnika. POWŁOKA GRUNTOWA I PODKŁADOWA MOŻE NIE ZAWIERAĆ ROZPUSZCZALNIKÓW, JEDNAK POWŁOKA WIERZCHNIA CZĘSTO JEST NA BAZIE ROZPUSZCZALNIKA Powłoka przezroczysta (powłoka wierzchnia) Powłoki przezroczyste wykorzystuje się jako warstwy wierzchnie ochronne i/lub dekoracyjne. Powłoki przezroczyste często nadają specjalne efekty powłoce podkładowej (np. bardziej nasycone kolory, połysk itd.), ale niekiedy muszą także chronić przed wpływem czynników zewnętrznych (np. ścieranie). Zazwyczaj powłoka przezroczysta jest na bazie rozpuszczalnika. Stosowanie powłok gruntowych i podkładowych na bazie wody nie jest źródłem problemów dla przemysłu motoryzacyjnego, pod warunkiem, że całkowicie wyschną przed nałożeniem powłoki wierzchniej na bazie rozpuszczalnika. Warstwy specjalne: Marzec /20

9 Poprawa przylegania Środki poprawiające przyleganie stosuje się w przypadku części z tworzywa sztucznego jako obróbkę wstępną przed powlekaniem elektrostatycznym. Zawierają chlorowane poliolefiny (CPO) oraz żywice przewodzące, które pozwalają na późniejsze powlekanie elektrostatyczne powierzchni z tworzyw sztucznych. Środki zwiększające przyleganie to systemy na bazie rozpuszczalnika i na bazie wody. [Du Pont 2008] Powłoka elektrolityczna Powlekanie elektrolityczne można stosować jedynie na podłożach lub powierzchniach przewodzących. Głównym zadaniem powłoki elektrolitycznej jest uzyskanie gładkiej powierzchni pod kolejne warstwy powłok oraz zwiększenie odporności na korozję. Powłoki elektrolityczne nadają się do powlekania skomplikowanych kształtów i miejsc niewidocznych. W tabeli 3 przedstawiono przegląd wydajności poszczególnych metod nakładania. Te metody można stosować w przypadku wszystkich rodzajów powłok (gruntowe, podkładowe, wierzchnie) [BREF STS 2007], [Twinning 2004]: Tabela 3: powłok Maksymalne współczynniki wydajności nakładania dla różnych systemów nakładania Metoda nakładania Wydajność nakładania [%] 4 Uwagi Malowanie pędzlem Zmniejszona jednorodność malowanej powierzchni w porównaniu z innymi metodami nakładania Wytłaczanie tworzywa sztucznego Nakładanie stopionego arkusza tworzywa termoplastycznego wytłaczanego z dyszy szczelinowej w temperaturze do 315 C WYDAJNOŚĆ NAKŁADANIA ZNACZNIE SIĘ ZMIENIA W ZALEŻNOŚCI OD METODY NAKŁADANIA 4 W oparciu o ilość farby wykorzystanej w procesie, a nie o ilość zestalonej farby na powierzchni. Marzec /20

10 Metoda nakładania Natrysk konwencjonalny (sprężone powietrze pod wysokim ciśnieniem) Natryskiwanie HVLP (duża objętość i niskie ciśnienie) Natryskiwanie na gorąco Nakładanie metodą natrysku bezpowietrznego Natrysk bezpowietrzny wspomagany powietrzem Natryskiwanie wspomagane elektrostatycznie, lakier wilgotny Natryskiwanie proszku wspomagane elektrostatycznie Powlekanie przez polewanie Walcowanie, zalewanie Wydajność nakładania [%] 4 Uwagi Duża ilość strat materiału w zależności od geometrii malowanego elementu. W większości zastosowań wydajność wynosi 30-45% Nakładanie systemów farb o niskiej lepkości Nakładanie farb o wysokiej zawartości substancji stałych, także w przypadku natryskiwania gorącego wosku Skupienie natryskiwanego strumienia, dzięki czemu zwiększa się wydajność w porównaniu do natryskiwania konwencjonalnego Skupienie natryskiwanego strumienia, dzięki czemu zwiększa się wydajność w porównaniu do natryskiwania konwencjonalnego Wymagane jest przewodnictwo elektryczne (minimalna wilgotność 8% lub konieczna jest przewodząca powłoka gruntowa), stosowanie możliwe z użyciem dowolnej metody natryskiwania wymienionej powyżej Wymagane jest przewodnictwo elektryczne. 95 Ograniczone geometrią powlekanego elementu 95 Ograniczone geometrią powlekanego elementu; zmniejszona jednorodność malowanej powierzchni (walcowanie) Metoda vacumat 95 Stosowana jedynie w przypadku elementów wąskich i krawędzi, farby na bazie wody i materiały utwardzane ultrafioletem o wysokiej zawartości substancji stałych, należy ponadto uwzględnić geometrię powlekanego elementu Zanurzanie/zalewanie Ograniczone geometrią powlekanego elementu 5 Stosowanie, emisja i wpływ rozpuszczalników na środowisko 5.1 Stosowane rozpuszczalniki Marzec /20

11 Powłoki objęte zakresem tej czynności bazują na wielu różnorodnych rozpuszczalnikach: alkany (izododekan, izoparafiny, N-parafiny, nafta) formaldehyd zawarty w tworzywach mocznikowo- lub melaminowo-formaldehydowych (UF/MF) alkohole (metanol, etanol, alkohol izopropylowy) fenole (toluen, ksylen) ketony (aceton, keton metylowo-etylowy) Najistotniejszymi rozpuszczalnikami są toluen, ksylen i keton metylowo-etylowy. 5.2 Zużycie rozpuszczalników i poziom emisji Wytyczne obejmują szeroki zakres różnych sektorów. Nie jest więc możliwe oszacowanie zużycia rozpuszczalników i poziomu emisji. Większość farb na bazie rozpuszczalników nakłada się natryskowo, dlatego występuje duży potencjał emisji LZO do atmosfery. 5.3 Zasadnicze kwestie ochrony środowiska i zdrowia Emisja LZO z procesów wraz z emisją NO x jest prekursorem tworzenia ozonu przy ziemi w obecności promieniowania słonecznego. Należy uwzględnić istniejące wartości graniczne w miejscu pracy. Emisja LZO do powietrza może występować w związku z: - procesem powlekania - procesem suszenia Rozlanie i wycieki z miejsc składowania mogą doprowadzić do emisji do gleby i wód podziemnych. W procesach mogą tworzyć się odpady zawierające rozpuszczalniki, które należy usunąć w taki sposób, aby uniknąć lub zmniejszyć emisję do atmosfery, gleby i wód podziemnych. Toluen jest jednym z najważniejszych rozpuszczalników wykorzystywanych w systemach farb w tej grupie branż; jest klasyfikowany jako drażniący dla skóry oraz szkodliwy - działa szkodliwie przez drogi oddechowe; stwarza poważne zagrożenie zdrowia w następstwie długotrwałego narażenia. Formaldehyd stosuje się rzadziej, ale wymaga szczególnej uwagi, ponieważ jest klasyfikowany jako substancja CMR kategorii 3 (R40, ograniczone dowody działania rakotwórczego). 6 Zastępowanie LZO W niniejszej części omówiono możliwe zamienniki LZO (stosowanie systemów bez LZO lub o zmniejszonej ilości LZO) oraz związane z nimi metody nakładania i/lub szczególne warunki wymagane do ich stosowania. Podano ponadto zalety i wady w porównaniu z systemami wykorzystującymi rozpuszczalniki o dużej zawartości LZO. 6.1 Systemy bez LZO W niniejszej części omówiono zastosowanie produktów lub systemów bez LZO w celu zastąpienia aktualnie stosowanych rozpuszczalników organicznych. TYPOWYM ZASTOSOWANIEM POWLEKANIA METODĄ WYTŁACZANIA TWORZYWA SZTUCZNEGO JEST POWLEKANIE PAPIERU W PRZEMYŚLE PAPIERNICZYM Powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego Powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego jest rodzajem powlekania na gorąco. Polega na wytłaczaniu arkusza tworzywa termoplastycznego z dyszy szczelinowej w temperaturze do 315 C. Podłoże oraz powłoka ze stopionego tworzywa sztucznego są łączone dzięki ciśnieniu między wałkiem gumowym i wałkiem chłodzącym, który zestala tworzywo sztuczne. Proces ten można wykorzystać w celu poprawy właściwości papieru przez jego powlekanie polietylenem, aby zwiększyć odporność na wodę, tłuszcz i wilgoć. Zwiększa ochronę przed światłem, dzięki czemu staje się użyteczny w produkcji opakowań. Wiele produktów, takich jak opakowania kartonowe do mleka powlekane polietylenem, powleka się z użyciem powłok wytłaczanych bez rozpuszczalników. Inne zastosowania to torebki do produktów farmaceutycznych, nakładki ochronne i pokrywki do nalewania. 6.2 Systemy o zmniejszonej ilości LZO Marzec /20

12 Jeśli całkowite zastąpienie rozpuszczalników organicznych nie jest możliwe, wtedy przejście na systemy o zmniejszonej zawartości LZO, na przykład opisane w niniejszym punkcie, może zmniejszyć emisję Systemy o niskiej emisji LZO Emisję LZO z procesów powlekania można zmniejszyć obniżając zawartość LZO w farbach, zwiększając wydajność procesu powlekania (patrz także punkt 4.2) lub przez połączenie tych sposobów. Systemy o niskiej emisji LZO to: Farby na bazie wody: < 20% LZO Farby o wysokiej zawartości substancji stałych: % LZO Farby utwardzane promieniowaniem: < 5% LZO Farby na bazie wody Problemy występujące przy zastępowaniu powłok na bazie rozpuszczalników powłokami na bazie wody często dotyczą zwiększenia wymaganego czasu schnięcia, co może zwiększyć koszty i prowadzić do zwiększonego osiadania kurzu z otoczenia na wilgotnym materiale. Niewystarczające wyschnięcie może prowadzić do tworzenia nierówności, zatrzymywania wody oraz uzyskiwania struktury powierzchni niskiej jakości. Tych wad można uniknąć wykorzystując osuszone powietrze przy suszeniu lakierów na bazie wody. W tym wypadku w procesie suszenia wykorzystuje się suche powietrze zamiast ciepła. Powietrze o temperaturze około 60 C jest przesyłane do wymiennika ciepła, a w miarę jego schładzania para wodna ulega kondensacji. Schłodzone powietrze jest ponownie ogrzewane w wymienniku ciepła, a następnie przechodzi do komory suszącej. Taki cykl zamknięty zmniejsza do minimum zużycie energii. Typowe zalety w porównaniu z ogrzewaniem w wysokiej temperaturze to: Niskie zużycie energii Zmniejszone tworzenie pęknięć Bardzo niewielka ilość gazów wylotowych dzięki cyklowi zamkniętemu Krótszy czas schnięcia (~25-30 %) Brak konieczności zapewnienia miejsca chłodzenia podłoża Możliwa modernizacja dotychczasowych urządzeń Stosunkowo niskie koszty inwestycyjne Małe wymagania dotyczące powierzchni Zazwyczaj przy zastępowaniu systemów na bazie rozpuszczalników systemami na bazie wody nie są konieczne większe zmiany produkcji. SYSTEMY NA BAZIE WODY MOŻNA NAKŁADAĆ PRZY UŻYCIU TYCH SAMYCH URZĄDZEŃ, CO PRODUKTY NA BAZIE ROZPUSZCZALNIKÓW. W przemyśle motoryzacyjnym powłoki gruntowe na bazie wody oraz powłoki podkładowe stosuje się np. przy powlekaniu zderzaków. Warstwa wierzchnia nadal musi być na bazie rozpuszczalników, aby spełniać wymagane kryteria jakościowe. Przy stosowaniu powłok gruntowych i podkładowych na bazie wody po każdym procesie powlekania należy wprowadzić etap suszenia. Wiele elementów urządzeń do malowania i suszenia stosowanych w przypadku farb na bazie rozpuszczalnika wykonuje się ze stali węglowej. Woda w farbach na bazie wody (oraz aminy, które często wchodzą w skład takich farb) spowodowałaby zwiększoną korozję takich elementów. Dlatego w przypadku urządzeń do powlekania i utwardzania wymagane są materiały odporne na korozję. Powłoki reaktywne Powłoki reaktywne to produkty utwardzane w reakcji chemicznej (zazwyczaj polimeryzacji). Przy wytwarzaniu nowych związków reagujący LZO staje się częścią powłoki i pozostaje w podłożu jako pozostałość LZO. Z pozostałości monomerów może wynikać emisja LZO, jednak jest ona minimalna. Powłoki reaktywne nanosi się natryskowo. Można je wykorzystywać między innymi do okładzin drzwi i wykładzin podłogowych oraz dekoracyjnych folii do mebli. Marzec /20

13 Farby utwardzane promieniowaniem (powłoki prepolimerowe) Powłoki UV lub EB (wiązka elektronów) zawierają rozpuszczalniki reaktywne, które w sposób chemiczny są wbudowywane w warstwę farby w procesie utwardzania. Farby niezawierające żadnych LZO są rzadko stosowane do powlekania. 0,5-5% farby utwardzanej ultrafioletem stanowi rozpuszczalnik, 1-5% to fotoinicjator, zaś reszta to monomery i dodatki. POWŁOKI UTWARDZANE ULTRAFIOLETEM NADAL ZAWIERAJĄ 0,5 5% ROZPUSZCZALNIKÓW. Powłoki utwardzane promieniowaniem nie zawierają lub zawierają bardzo mało rozpuszczalników. Ponieważ nie ma konieczności stosowania pieców do suszenia, zużycie energii jest znacznie niższe w porównaniu do produktów na bazie rozpuszczalników lub na bazie wody. Utwardzanie ma miejsce jedynie, jeśli powłoka zostanie poddana działaniu odpowiedniego rodzaju promieniowania UV lub EB. W związku z tym łatwiej jest czyścić urządzenia, ponieważ powłoka nie jest utwardzana w okresie przestoju. Przejście na utwardzanie promieniowaniem wymaga inwestycji w nowe urządzenia do nakładania, ponieważ powłoki mają inne właściwości niż powłoki na bazie rozpuszczalników. Należy ponadto zmienić urządzenia suszące. Co więcej, powłoki są droższe od systemów na bazie rozpuszczalników. Zasadniczą wadą powłok utwardzanych promieniowaniem jest to, że mogą powodować podrażnienia i/lub reakcje alergiczne w kontakcie ze skórą; nasilenie podrażnienia może jeszcze wzrosnąć w przypadku jednoczesnego kontaktu skóry ze środkami czyszczącymi. W przemyśle motoryzacyjnym (np. elementy zewnętrzne) utwardzania EB lub UV nie można jeszcze stosować z uwagi na niewystarczającą jakość. Badania jednak trwają. W przemyśle kosmetycznym wprowadzono właśnie pierwsze produkty wolne od LZO. Utwardzanie promieniowaniem szczególnie dobrze nadaje się do natryskiwania materiałów płaskich oraz do wytwarzania cienkich powłok. Powłoki o dużej zawartości substancji stałych Produkty o dużej zawartości substancji stałych pozwalają zmniejszyć ilość rozpuszczalników przez zwiększenie zawartości substancji stałych. Zawartość substancji stałych wynosi zazwyczaj 60 80%. Produkty o dużej zawartości substancji stałych dostępne są do wielu różnych zastosowań, np. w przypadku elementów w przemyśle motoryzacyjnym. Powlekanie elektrostatyczne Powlekanie elektrostatyczne wykorzystuje przewodnictwo elektryczne farby i malowanego elementu, aby zwiększyć wydajność malowania. Według IFF [IFF Projekt Nr: BW D 20007] opór elektryczny powinien wynosić poniżej 10 9 Q na każdej malowanej powierzchni, zaś przewodność farby powinna być większa niż 1 µs. Ponadto konieczna jest wilgotna warstwa farby między uziemieniem a punktem nakładania farby. Farby na bazie wody spełniają te warunki, zaś farby na bazie rozpuszczalników można zmodyfikować (np. stosując organiczne związki amonowe), aby je spełnić. POWLEKANIE ELEKTROSTATYCZNE JEST TAKŻE MOŻLIWE W PRZYPADKU PODŁOŻY NIEPRZEWODZĄCYCH PRZEZ ZWIĘKSZENIE WILGOTNOŚCI LUB NAKŁADANIE PRZEWODZĄCEJ POWŁOKI GRUNTOWEJ. W przypadku podłoży nieprzewodzących istnieją dwie możliwości uzyskania wymaganego stopnia przewodności: Zwiększenie wilgotności do ponad 8% (w wielu zastosowaniach jednak jest to wartość niedopuszczalnie wysoka) Stosowanie przewodzącej powłoki gruntowej nakładanej za pomocą konwencjonalnego natryskiwania Inne metody są opracowywane, nie zostały jednak jeszcze zastosowane na skalę przemysłową. Powlekanie elektrostatyczne można stosować przy użyciu wszystkich dostępnych metod natryskiwania (np. ze sprężonym powietrzem, bezpowietrznego), w tym wysokoobrotowych stożków. Oprócz ograniczeń technicznych, o których mowa powyżej, są jeszcze kwestie bezpieczeństwa, które należy uwzględnić w przypadku każdego rodzaju urządzenia (np. niebezpieczeństwo porażenia prądem operatora). Marzec /20

14 Powłoki elektrostatyczne można nakładać za pomocą urządzeń natryskowych zasilanych powietrzem lub bezpowietrznych. Wydajność nakładania można zwiększyć z 20 30% uzyskiwanych przy użyciu powłok konwencjonalnych do 50 do 60%. Metodę tę często wykorzystuje się w przypadku złożonych geometrycznie kształtów mających powierzchnie, do których nie można dotrzeć innymi metodami. 7 Inne działania w celu zapobiegania i metody redukcji emisji LZO Środki zapobiegawcze, usprawnienia procesów i metody redukcji można zastosować w celu zmniejszenia emisji LZO, jeśli zastąpienie LZO zgodnie z punktem 6 nie jest możliwe. Następujące działania podejmuje się zazwyczaj w przypadku procesów innego powlekania: 7.1 Metody redukcji emisji i środki stosowane na końcu rury Wskutek różnorodności procesów oraz różnych rodzajów i ilości powstających emisji LZO metody redukcji emisji pozostają istotnymi środkami zmniejszania emisji LZO w procesach powlekania. Wybór odpowiednich metod redukcji emisji zależy w znacznej mierze od parametrów procesu, takich jak natężenie przepływu oraz stężenie i zmienność stężenia LZO. W wielu wypadkach najlepszym rozwiązaniem jest połączenie różnych metod redukcji emisji, chociaż jest to kosztowne. Najlepszymi sposobami wychwycenia i odzyskania LZO są kondensacja, absorpcja i adsorpcja, z kolei metody utleniania pozwalają na rozkład LZO Skraplacz chłodzony Skraplacz chłodzony działa najlepiej w przypadku strumieni emisji o dużym stężeniu emisji LZO. Strumień emisji jest chłodzony do temperatury poniżej punktu rosy rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik skrapla się i można go odzyskać i ponownie użyć. Strumień powietrza opuszczający skraplacz nadal zawiera nieco rozpuszczalnika, ale można go poddawać recyklingowi w systemie zamkniętym. Ogólna emisja rozpuszczalników znacznie się zmniejsza. Należy zachować ostrożność, jeśli układ pracuje z użyciem powietrza otoczenia, ponieważ wtedy stężenie LZO nie powinno przekraczać około 5% dolnej granicy wybuchowości (LEL). Jeśli stosuje się gazy obojętne (np. N 2 ), wtedy dopuszczalne stężenie może dochodzić do 50% LEL. Większa zawartość zmniejsza czas schnięcia i długość suszarni. Wadą stosowania gazów obojętnych jest to, że po przestoju lub postoju urządzenia cały układ należy przedmuchać w celu usunięcia tlenu Koło adsorpcyjne KOŁA ADSORPCYJNE WYKORZYSTUJE SIĘ DO ZWIĘKSZANIA STĘŻENIA LZO W POWIETRZU, DZIĘKI CZEMU UTLENIANIE TERMICZNE JEST BARDZIEJ OPŁACALNE. W szczególności w przypadku powlekania tworzywa sztucznego w komorze powstają duże ilości powietrza wylotowego o stosunkowo niskiej zawartości LZO. Aby zwiększyć stężenie LZO, można zastosować koło adsorpcyjne. Duże ilości powietrza o niskiej zawartości LZO przepuszcza się przez główną sekcję obracającego się koła adsorpcyjnego wypełnionego węglem aktywnym. LZO są wychwytywane na powierzchni węgla. W innej części stosuje się niewielką ilość gorącego powietrza do usunięcia LZO z powierzchni węgla aktywnego. Powietrze z LZO jest następnie poddawane utlenianiu termicznemu. Dzięki większemu stężeniu zużycie gazu ziemnego zmniejsza się i utlenianie termiczne jest opłacalne ekonomicznie Utlenianie termiczne (z regeneracją / rekuperacją) Utlenianie termiczne jest często stosowaną metodą redukcji emisji LZO w tej branży. Stosowane są trzy rodzaje urządzeń do utleniania termicznego: regeneracyjne, rekuperacyjne i katalityczne. We wszystkich następuje rozkład LZO w strumieniu gazów wylotowych przez spalanie (czyli utlenianie), różnią się jednak sposobem odzysku ciepła i wydajnością. Regeneracyjne utlenianie termiczne wymaga co najmniej dwóch (często trzech) wymienników ciepła stanowiących złoża wypełnione materiałem umożliwiającym ruch powietrza, a jednocześnie pochłaniających i magazynujących ciepło. W miarę jak gaz wylotowy z palnika ogrzewa jedno złoże, z innego zmagazynowane ciepło jest uwalniane i przekazywane dostarczanemu gazowi zawierającemu LZO. W przypadku rekuperacyjnego utleniania termicznego ciepło jest przekazywane bezpośrednio przez wymiennik ciepła od wychodzącego do dostarczanego strumienia powietrza. Marzec /20

15 Utlenianie regeneracyjne jest zazwyczaj wydajniejsze od rekuperacyjnego utleniania termicznego, ponieważ wydajniej wykorzystuje się odzyskaną energię do wstępnego ogrzania dostarczanego powietrza technologicznego do temperatury utleniania (~ 800 C); dzięki temu koszty eksploatacyjne są znacznie niższe niż układów utleniania rekuperacyjnego. Układy regeneracyjnego utleniania termicznego (RTO) są szczególnie wydajne w przypadku strumieni procesowych o stosunkowo niskiej zawartości rozpuszczalnika, jednak ich koszty eksploatacyjne zależą w znacznym stopniu od wydajności wymiennika ciepła. Układy regeneracyjnego utleniania termicznego są powszechnie stosowane, ponieważ są stosunkowo mało wrażliwe na skład i stężenie rozpuszczalników w powietrzu technologicznym. Układy rekuperacyjne wykorzystuje się głównie przy niskim natężeniu przepływu przy wyższym układy takie stają się nieopłacalne. Wykorzystuje się je często w połączeniu z układami utleniania katalitycznego. Układy katalityczne zawierają jedno złoże. Katalizator jest osadzony na płytkach ceramicznych. Powietrze wylotowe jest przedmuchiwane lub zasysane przez wstępnie ogrzane złoże, zaś temperatura jest utrzymywana dzięki utlenianiu LZO, pod warunkiem, że układ pracuje powyżej granicy działania autotermicznego (około 2 g/m³). Układy takie funkcjonują w niskiej temperaturze ( C), dlatego znacznie obniża się emisja NO x. Należy unikać obecności pyłu i trucizn katalizatora (np. związki siarki), jednak nie występują one zazwyczaj w procesach powlekania. PUNKT AUTOTERMICZNY W PRZYPADKU REGENERACYJNEGO UTLENIANIA TERMICZNEGO WYNOSI POWYŻEJ 2-3 G LZO/NM³. Do ogrzewania urządzeń do utleniania termicznego do temperatury eksploatacyjnej C (400 C dla utleniania katalitycznego) wymagany jest gaz ziemny, zaś proces przebiega automatycznie jedynie wtedy, gdy stężenie LZO w gazie wylotowym jest wyższe niż 2-3 g LZO/Nm³ (układy regeneracyjne). Wytworzone ciepło można odzyskać lub wykorzystać do innych celów. Układy regeneracyjne i katalityczne są powszechnie stosowane w przypadku procesów powlekania na bazie rozpuszczalników, ponieważ zawartość LZO jest wysoka i zasadniczo stała (zależy głównie od modułu suszącego urządzenia do laminacji). Koszty eksploatacyjne zależą w dużym stopniu od średniego stężenia LZO w gazie wylotowym oraz okresu eksploatacji instalacji, a także od rodzaju i ceny paliwa potrzebnego do funkcjonowania trudno jest więc określić typowe koszty. Zazwyczaj strumień powietrza wylotowego jest mieszaniną powietrza usuwanego z modułu suszącego urządzenia do powlekania oraz z wentylacji pomieszczenia, zaś stężenie LZO znacznie przewyższa granicę działania autotermicznego. Do odzyskiwania energii cieplnej i ogrzewania modułów suszących często wykorzystuje się układy wymiany ciepła z użyciem oleju cieplnego [Mondi 2008]. 7.2 Usprawnienia procesu Niezorganizowana emisja LZO może powstawać w wyniku magazynowania i pracy z rozpuszczalnikami. Najczęściej wykorzystywanymi metodami zmniejszania emisji są usprawnienia procesu, aby gromadzić pary ulatniające się z systemów nakładania, miejsc suszenia, miejsc magazynowania i manipulowania itd. w okapach miejscowej wentylacji wyciągowej do późniejszego oczyszczania lub redukcji emisji. Dostępnych jest wiele różnorodnych najlepszych praktyk i usprawnień procesów. Poniżej podano kilka przykładów: USPRAWNIENIA PROCESU MOGĄ UŁATWIAĆ ZMNIEJSZENIE EMISJI LZO Z PROCESÓW NAKŁADANIA Wzrost wydajności dzięki optymalizacji metod nakładania Gromadzenie LZO z różnych rozproszonych źródeł za pomocą okapów miejscowej wentylacji wyciągowej do późniejszej redukcji emisji punktowej i niezorganizowanej Odpowietrzanie wsteczne do zbiorników zasilających podczas napełniania dużych zbiorników magazynowych Udoskonalone systemy gromadzenia powietrza wyciągowego Stosowanie zamkniętych lub zadaszonych systemów nakładania Marzec /20

16 Stosowanie zamkniętych pojemników do transportu i tymczasowego przechowywania rozpuszczalników 8 Podsumowanie metod redukcji emisji LZO W poniższej tabeli podsumowano różne metody pozwalające na zastąpienie lub zmniejszenie emisji LZO opisane w punktach 6 i 7. Tabela 4: metody zastępowania LZO i redukcji emisji LZO w przypadku czynności powlekania Cele Opis Stosowanie Systemy bez LZO Systemy o zmniejszonej ilości LZO Usprawnienia procesu Metody redukcji emisji Powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego Farby na bazie wody Powłoki reaktywne Farby utwardzane promieniowaniem Farby o dużej zawartości substancji stałych Powietrze osuszone do urządzeń suszących do farb na bazie wody Stosowanie metod nakładania o zwiększonej wydajności (np. powlekanie elektrostatyczne) Zastosowanie koła adsorpcyjnego w celu zwiększenia wydajności utleniania termicznego Skraplacz chłodzony Rekuperacyjne utlenianie termiczne Stosowane zazwyczaj przy powlekaniu papieru w przemyśle spożywczym Farby na bazie wody nadal zawierają do 20% LZO; są stosowane głównie jako powłoki gruntowe i podkładowe Obecnie stosowane na skalę przemysłową jedynie w przemyśle kosmetycznym. Produkty o dużej zawartości substancji stałych dostępne są do wielu różnych zastosowań Stosowane do wszystkich systemów na bazie wody Możliwość stosowania zależy od oporu elektrycznego i przewodności powierzchni Stosowane w szczególności w przypadku dużych ilości powietrza wylotowego o stosunkowo niskiej zawartości LZO Stosowane w szczególności w przypadku strumieni emisji o wysokim stężeniu emisji LZO Odpowiednie w szerokim zakresie, ale mniej wydajne od Marzec /20

17 9 Przykłady dobrej praktyki Regeneracyjne utlenianie termiczne regeneracyjnego Ograniczone do większych instalacji wskutek kosztów kapitałowych 9.1 Przykład 1: zastąpienie systemu na bazie rozpuszczalnika systemami na bazie wody Firma dysponuje trzema liniami produkcyjnymi do lakierowania części z tworzywa sztucznego, takich jak plastikowe zderzaki wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym. Najnowsza linia produkcyjna ma pracować w oparciu o farby na bazie wody. Druga linia produkcyjna (działająca od 18 lat) została zmodyfikowana do użycia farb na bazie wody zamiast farb na bazie rozpuszczalników. Wymagało to całkowitej zmiany urządzeń lakierniczych wskutek innych właściwości farb na bazie wody (np. inna lepkość). Koszty przebudowy linii produkcyjnej o wydajności około 2 tys. elementów dziennie wyniosły 3-4 miliony euro. Zawartość rozpuszczalników w farbach na bazie wody wynosi około 12 18%. Dzięki modyfikacji ilość stosowanego rozpuszczalnika spadła o około 75%. Trzecia linia produkcyjna jest linią konwencjonalną, na której wykorzystuje się farby na bazie rozpuszczalników. Jakkolwiek farby na bazie wody mają wadę polegającą na tym, że parametry procesu należy kontrolować dokładniej, zaś zużycie energii jest wyższe, firma planuje całkowite zastąpienie i przystosowanie trzeciej linii produkcyjnej do stosowania farb na bazie wody. Całkowite przejście na farby na bazie wody wynika z wymagań konsumentów. Zgłaszali oni zapotrzebowanie na konkretne kolory, które często dostępne są jedynie jako farby na bazie wody. Chociaż praktyka pozwala na instalację nowej linii produkcyjnej pracującej w oparciu o farby na bazie wody, a także przebudowę linii istniejącej, nie wiadomo na razie, która możliwość zostanie wybrana w przypadku trzeciej linii. Wynika to głównie z tego, że w przypadku farb na bazie wody po nałożeniu powłoki podkładowej konieczny jest etap schnięcia. Konieczność wstawienia komory suszarniczej w środku linii technologicznej oraz wymagane miejsce stanowią problem przy przebudowie istniejącej linii. [Peguform 2008] 9.2 Przykład 2: suszenie powłok na bazie wody za pomocą osuszonego powietrza To studium przypadku pokazuje zastosowanie modułu suszącego wykorzystującego osuszone powietrze do suszenia powłok na bazie wody, tak że nie tworzą się pęknięcia. Zastosowanie takiego systemu w firmie zajmującej się powlekaniem skróciło czas schnięcia powlekanych elementów z 30 do 15 minut w temperaturze 60 C. Powierzchnię suszenia udało się zmniejszyć o około 50%. [JOT 2001] Przykłady typowych cen urządzeń do suszenia powłok lakierniczych na bazie wody za pomocą osuszonego powietrza przedstawiono w tabeli 5: Tabela 5: ceny i moc nominalna w przypadku suszenia powłok na bazie wody za pomocą osuszonego powietrza [Harter 2008] Usuwanie wody [kg/h] Cena [euro] Moc nominalna [kw] 4 ~ ~ 4,3 10 ~ ~ ~ ~ Przykład 3: powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego Marzec /20

18 W tym przypadku przedstawiono przebudowę istniejącego urządzenia do powlekania z powłok na bazie rozpuszczalników na powlekanie metodą wytłaczania tworzywa sztucznego. Typowe podłoża dla takiego urządzenia do powlekania metodą wytłaczania tworzywa sztucznego to: włókna do produkcji tkanin, brezentu, markiz i dużych toreb papier do pakowania żywności i przekąsek elementy elastyczne, takie jak taśmy przenośników, pasy napędowe, panele do drzwi pojazdów oraz odzież ochronna Parametry urządzenia przedstawiono w tabeli 6. Tabela 7: parametry urządzenia do powlekania metodą wytłaczania tworzywa sztucznego Grubość powłoki Szybkość linii Szerokość produktu gotowego Wydajność wytłaczania Moc (moc zainstalowana) g/m² < 150 m/min Maks mm 230 kg/h 700 kva Zalety zautomatyzowanego wytłaczania tworzywa sztucznego w porównaniu do powlekania na bazie rozpuszczalników za pomocą noży to możliwość nałożenia grubszej powłoki, powlekanie wielowarstwowe na jednym stanowisku oraz prawie całkowita bezodpadowość (oprócz niewielkiej ilości ścinków). Wady to wymóg dużej wielkości serii, która równoważy powolny rozruch oraz niską jakość produktu na początku nowej serii. Kolejną wadą jest dodatkowa przestrzeń obok urządzenia na wytłaczarkę. Do powlekania folii o szerokości 2 m konieczna jest całkowita szerokość około 13 metrów. Koszt przebudowy istniejącej instalacji to około 2 mln euro. [Reifenhäuser 2008] 10 Nowe metody i zamienniki na etapie prac rozwojowych Opracowywanych jest obecnie szereg metod lub metody przenosi się do różnych branż jako udoskonalone systemy na bazie wody, farby o bardzo dużej zawartości substancji stałych i powlekanie proszkowe. Takie prace badawczo-rozwojowe, prowadzone w szczególności przez dużych producentów farb, często wymagają opracowania suszenia innego niż termiczne lub utwardzania promieniowaniem UV lub innym Powlekanie tworzyw sztucznych - stosowanie powłok proszkowych Powlekanie proszkowe jest procesem praktycznie bez LZO. Powłoki nakłada się za pomocą natryskiwania elektrostatycznego, złoża fluidalnego, elektrostatycznego złoża fluidalnego lub natryskiwania płomieniowego. Metody nakładania za pomocą natryskiwania elektrostatycznego lub elektrostatycznego złoża fluidalnego można stosować, jeśli podłoże jest przewodzące elektrycznie lub jeśli nada się przewodnictwo powierzchni w etapie obróbki wstępnej. Metody nakładania za pomocą natryskiwania elektrostatycznego, złoża fluidalnego i elektrostatycznego nadają się jedynie do elementów powlekanych odpornych na temperaturę do 200 C. Metodę natryskiwania płomieniowego można wykorzystywać do powlekania proszkowego podłoży nieprzewodzących, takich jak tworzywa sztuczne, drewno lub guma. Metodę tę można ponadto stosować w przypadku dużych elementów nienadających się do transportu. Przejście na powłoki proszkowe często wymaga inwestycji w nowe urządzenia do nakładania. Powlekanie proszkowe wykorzystuje się głównie do metali, ale także do innych materiałów poddanych obróbce wstępnej, w tym tworzyw sztucznych. [BASF ] Mimo dużego w ostatnim okresie postępu technicznego stosowanie powłok proszkowych nadal jest ograniczone. Typowe trudności i ograniczenia to: Marzec /20

19 Trudne nakładanie bardzo cienkich powłok bez pozostawiania porów Trudność w uzyskiwaniu jednolitej grubości Przechowywanie i praca z proszkami wymaga szczególnej kontroli warunków otoczenia Trudność w powlekaniu ostrych krawędzi Duże koszty przejścia z powlekania materiałami ciekłymi [PPC 2008] Koszty kapitałowe typowej instalacji do powlekania proszkowego są około 25% niższe od porównywalnej instalacji na bazie rozpuszczalników, ale nadal około 10% wyższe od instalacji na bazie wody lub produktów o wysokiej zawartości ciał stałych. Powłoki proszkowe (materiał) kosztują około 20% mniej niż powłoki na bazie rozpuszczalników lub na bazie wody. Koszty systemów proszkowych w przeliczeniu na powlekaną powierzchnię są około 30% niższe od systemów na bazie rozpuszczalników. Powlekanie proszkowe uznaje się za interesującą alternatywę o zerowej zawartości LZO, konieczne są jednak dalsze badania, aby osiągnąć wymagane standardy jakości i umożliwić stosowanie w pełnym zakresie produktów. 11 Źródła informacji [BASF ] Dr Brücke, dział sprzedaży powłok proszkowych, BASF Coatings AG, rozmowa telefoniczna, wrzesień 2008 [BASF ] Dr Schütz, dział techniczny sprzedaży powłok do papieru w meblarstwie, BASF Coatings AG, rozmowa telefoniczna, wrzesień [BASF ] Dr Rolf Wittlinger, dział bezpieczeństwa produktów, chemikalia wysokiej jakości do tkanin, BASF AG, informacja ustna, wrzesień 2008 [BREF PPI 2001] Dokument Referencyjny BAT dla najlepszych dostępnych technik w przemyśle celulozowo-papierniczym, grudzień 2001, [BREF STS 2007] Najlepsze dostępne techniki dla procesów obróbki powierzchniowej z użyciem rozpuszczalników organicznych, sierpień [Cytec 2008] Cytec, Resins and Additives for the coating of Plastic; UV coatings for plastics; Product Guide - Powder Coating Resins, [Du Pont 2008] Paint & Coating for Plastic Exterior [EPA 2007] EPA, Control Techniques Guideline for paper, film, and foil coatings, US Environmental Protection Agency, EPA 453/R , wrzesień 2007 [Euratex 2008] Pan Adil El Massi, Euratex - Europejska Organizacja Producentów Odzieży i Tekstyliów, informacja ustna, lipiec 2008 [Harter 2008] Decker, specjalista do spraw urządzeń na osuszone powietrze, Harter, rozmowa telefoniczna, wrzesień 2008 [IFC 2007] Marzec /20

20 Environmental, Health, and Safety Guideline, Pulp and paper mills, grudzień Pulp+and+Paper+Mills.pdf [IFF Projekt Nr: BWD 20007] Uniwersytet w Stuttgarcie, raport naukowy FZKA-BWPLUS, Einsatz lacksparender, elektrostatischer, hochrotationsglocken beim lackieren von Holz und Holzwerkstoffen praxisgerechte Maßnahmen [Stosowanie oszczędzających lakier, elektrostatycznych, wysokoobrotowych stożkow do lakierowania drewna i produktów z drewna środki praktyczne], maj 2003 [IVGT 2008] Dr Werner Zirnzak, Industrieverband Garn, Gewebe, Technische Textilien e.v., informacja ustna, sierpień 2008 [JOT 2001] JOT, Entfeuchtete Luft für Wasserlack Trocknung [Osuszone powietrze w suszeniu farb na bazie wody], wydanie nr [Mondi 2008]. F. Scheidl, Mondi Flexible Packaging Korneuburg, rozmowa, 28 września 2008 [Peguform 2008] Peguform GmbH, Germany, informacja ustna, październik [PPC 2008] Powder coating center, [pro-k 2008] Ralph Olsen, dyrektor generalny, pro-k Industrieverband Halbzeuge und Konsumprodukte aus Kunststoff e.v., rozmowa telefoniczna, wrzesień 2008 [Reifenhäuser 2008] Pan Vogt, technik, Reifenhäuser Extrusion, wrzesień [SE Directive 1999] Dyrektywa Rady 1999/13/WE z dnia 11 marca 1999 r. w sprawie ograniczenia emisji lotnych związków organicznych spowodowanej użyciem organicznych rozpuszczalników podczas niektórych czynności i w niektórych urządzeniach [TEGEWA 2008] Dr Volker Schörder, kierownik działu produktów pomocniczych do włókiennictwwa, TEGEWA (związek producentów produktów pomocniczych do przemysłu włókienniczego, papierniczego i skórzanego, materiałów garbarskich i detergentów), informacja ustna, wrzesień 2008 [TFI 2008] Julia C. Goerke, inżynier projektu, TFI Deutsches Forschungsinstitut für Bodensysteme e.v. (Textiles & Flooring Institute GmbH), Aachen, Niemcy, informacja ustna, sierpień 2008 [UK Guidance Note 6/8] Secretary of State's Guidance for Textile and Fabric Coating, UK, Guidance Note [Wytyczne Sekretarza Stanu dotyczące powlekania tkanin i włókien] 6/8, wydanie 1.0, marzec 2004 [UK Guidance Note 6/14] Secretary of State's Guidance for Film Coating, UK, Guidance Note [Wytyczne Sekretarza Stanu dotyczące powlekania folii] 6/14, wydanie 1.0, marzec 2004 [UK Guidance Note 6/18] Secretary of State's Guidance for Paper Coating, UK, Guidance Note [Wytyczne Sekretarza Stanu dotyczące powlekania papieru] 6/18, wydanie 1.0, marzec 2004 [UK Guidance Note 6/23] Secretary of State's Guidance for Coating of Metal and Plastic Processes, UK, Guidance Note [Wytyczne Sekretarza Stanu dotyczące procesów powlekania metali i tworzyw sztucznych] 6/23, wydanie 1.0, marzec 2004 [WEKO] Marzec /20