Растворители, разбавители

Следует различать два похожих по звучанию, но различных по сути термина: растворитель и разбавитель.

Растворителями (активными растворителями) являются жидкости, которые полностью растворяют пленкообразующее вещество и испаряются в процессе сушки. Молекулы растворителя обладают высокой термодинамической совместимостью с молекулами пленкообразующего вещества и взаимодействуют с ним сильнее, чем молекулы пленкообразующего вещества друг с другом. В результате полимеру становится энергетически выгодно перейти в растворенное состояние. Процесс растворения начинается с диффузии молекул растворителя в массу полимера. Затем идет процесс набухания полимера, сопровождающийся разворачиванием полимерных цепей, который завершается полным растворением.

Разбавителями (сорастворителями) называют жидкости, которые сами по себе не растворяют пленкообразующее вещество, но в смеси с истинным растворителем способны снизить вязкость раствора или придать ему какие-либо специальные свойства.

Соотношением активного растворителя и разбавителя часто регулируют вязкость раствора полимера. Полностью сольватированные (окруженные оболочкой из молекул активного растворителя) молекулы полимера вытянуты, занимают большой объем, стерически взаимодействуют друг с другом (мешают друг другу перемещаться). В результате этого раствор имеет высокую вязкость. Если же часть сольватной оболочки, состоящей из активного растворителя, убрать, молекула начнет сворачиваться (из-за взаимодействия ее фрагментов друг с другом), приобретая более компактные формы. При этом начнут образовываться первичные агломераты молекул, и вязкость снизится. При дальнейшем увеличении количества разбавителя процесс образования надмолекулярных структур распространится на весь объем раствора, вязкость опять вырастет, а затем начнется процесс коагуляции, и полимер перейдет в нерастворенное состояние.

Подбор соотношения разбавителя и растворителя необходим для получения оптимальных свойств лакокрасочного материала и качества готового покрытия.

Однако скорость растворения полимера в смеси растворителя и разбавителя ниже, чем в чистом растворителе. Поэтому зачастую при изготовлении лакокрасочного материала, сначала полимер растворяют в чистом растворителе, а затем уже добавляют разбавитель.

Для доведения лакокрасочного материала до необходимой вязкости, промывки оборудования и инструмента используют в основном готовые смесевые растворители. В качестве растворителей для лакокрасочных материалов используют соединения разнообразной химической природы: ароматические, алифатические углеводороды и их смеси, простые и сложные эфиры, кетоны, спирты, галогенпроизводные углеводородов и т.д.

Выбор растворителя по химической природе основывается на правиле: подобное растворяется в подобном. Это означает, что типы сил межмолекулярного взаимодействия между молекулами полимера и молекулами растворителя должны быть близки по своей природе. То есть, полярные соединения будут хорошо растворяться в полярных растворителях, а неполярные в неполярных.

Химическая природа растворителя оказывает значительное влияние на образование пространственных структур, обуславливающих тиксотропные или псевдопластичные свойства лакокрасочного материала. Тиксотропные свойства лакокрасочному материалу могут придавать добавки (бентониты, аэросилы). Их частицы имеют на своей поверхности функциональные группы, по своей полярности и природе сильно отличающиеся от тех, которые имеются в молекулах растворителя и полимера. Если взаимодействие таких групп друг с другом будет сильнее, чем с растворителем или полимером, эти частицы будут образовывать в растворе пространственные структуры, придающие ему тиксотропные свойства. Добавление в состав растворителя соединений, содержащих аналогичные функциональные группы, приведет к образованию абсорбционного слоя на активных центрах частиц и разрушению пространственной структуры. То есть при изменении состава растворителя тиксотропные свойства могут уменьшиться или пропасть полностью.

При использовании ассоциативных загустителей органической природы изменение состава растворителя так же повлияет на реологические характеристики лакокрасочного материала.

Состав растворителя может повлиять и на стабильность пигментированных лакокрасочных материалов. Растворитель не должен вытеснять с поверхности пигментов и наполнителей диспергаторы или сорбированные молекулы полимера, чтобы не вызвать оседание или коагуляцию пигментной части.

Следует учитывать реакционную способность растворителей по отношению к полимеру, олигомеру, отвердителю и всем остальным компонентам лакокрасочного материала. Так вода, кислоты, спирты, амины взаимодействуют с изоцианатами, применяемыми для отверждения полиуретановых лакокрасочных материалов. Кетоны взаимодействуют с первичными и вторичными аминами, являющимися отвердителями для эпоксидных смол.

В процессе сушки и растворители, и разбавители должны быть полностью удалены из покрытия в требуемый срок. Учитывая, что в смесевых растворителях различные компоненты обладают разной летучестью важно, чтобы наихудшей летучестью обладали самые активные растворители из смеси (должны оставаться последними). Иначе в процессе сушки покрытия из-за снижения растворимости полимера преждевременно начнется его коагуляция, и образуется рыхлое покрытие с низкими защитными свойствами. Кроме того, будет затруднен выход остатков сорастворителей.

Летучесть используемых растворителей должна соответствовать условиям нанесения и сушки покрытия. При нанесении методами распыления (особенно пневматического) мелкие частицы краски на пути к окрашиваемой поверхности теряют часть растворителя. Если потери будут чрезмерны, частицы ЛКМ станут слишком вязкими, и сплошного покрытия не получится.

Слишком быстрое испарение растворителей из покрытия может привести к разнообразным дефектам поверхности. При большой толщине покрытия быстрое образование поверхностной пленки приведет к сморщиванию (часто бывает при интенсивном воздухообмене или сквозняке). Быстрое испарение без образования поверхностной пленки приведет к образованию шагрени. Это связано с тем, что испаряющийся растворитель, поднимаясь из глубины покрытия, захватывает с собой и материал покрытия. На одних участках наверх поднимается обогащенный растворителем материал, на других опускается обедненный и образуются так называемые ячейки Бернара (Бенара), а нарастание вязкости препятствует выравниванию покрытия. Кроме того, быстрое испарение растворителя может привести к охлаждению поверхности лакокрасочного материала, конденсации влаги воздуха на поверхности и насыщением поверхностного слоя водой. Для нитроцеллюлозных ЛКМ это приводит к побелению пленки покрытия.

Дефекты лакокрасочного покрытия не просто ухудшают его внешний вид, они значительно снижают его защитные свойства из-за снижения толщины покрытия в области дефектов, возникновения пор и т.д. Часть производителей лакокрасочных материалов комплектуют каждый материал растворителем, предназначенным именно для него или узкой группы ЛКМ этого же производителя.

В России, в советские времена применялся более универсальный подход. Была создана и закреплена государственными стандартами система растворителей с номерными, буквенными и буквенно-номерными обозначениями. Для этих растворителей известен рекомендованный стандартом состав, свойства, области применения и классы пленкообразующих веществ, для которых этот растворитель предназначен.

ГОСТ 18188-72 регламентирует показатели качества и методы их контроля для растворителей № 645, 646, 647, 648, предназначенных для нитроцеллюлозных и некоторых эпоксидных и полиакрилатных лакокрасочных материалов.

ГОСТ 7827-74 регламентирует показатели качества и методы их контроля для растворителей Р-4, Р-4А, Р-5, Р-5А, Р-12, предназначенных для лакокрасочных материалов на основе перхлорвиниловых смол и сополимеров поливинилхлорида, а также некоторых кремнийорганических и эпоксидных смол.

ГОСТ 12708-77 регламентирует показатели качества и методы их контроля растворителя РФГ, предназначенного для растворения фосфатирующих грунтовок на основе поливинилбутираля.

ГОСТ 18187-72 регламентирует показатели качества и методы их контроля для растворителей РЭ1В, РЭ2 В, РЭ3 В, РЭ4 В, РЭ8 В, РЭ9 В, РЭ10 В, РЭ12В, РЭ13В, предназначенных для разбавления лакокрасочных материалов на основе меламиноформальдегидных, пентафталевых, глифталевых и полиакриловых смол.

Кроме того существовали отраслевые ТУ, по которым выпускалось еще несколько десятков растворителей.

Основными показателями качества растворителей (кроме пожароопасности и санитарно-гигиенических показателей) являются их растворяющая способность по отношению к пленкообразующему веществу и летучесть. Истинными свойствами растворителя, которые характеризуют его растворяющую способность и летучесть являются соответственно теплота испарения и энергия сольватации, однако определить эти показатели в условиях промышленного предприятия затруднительно. В связи с этим были разработаны способы оценки этих свойств косвенными методами. Показателем, характеризующим растворяющую способность растворителя, является число коагуляции. Его определяют, добавляя к раствору пленкообразующего вещества в испытываемом растворителе другой (плохой) растворитель, в котором пленкообразующее вещество заведомо не растворяется. Чем больше можно добавить «плохого» растворителя до начала коагуляции пленкообразующего вещества тем выше растворяющая способность испытуемого растворителя.

Показателем, характеризующим летучесть растворителя, является летучесть по этиловому эфиру (диэтиловому эфиру). Ее определяют, сравнивая время высыхания капель испытуемого растворителя и диэтилового эфира на листе фильтровальной бумаги.

Нефтяные растворители являются продуктами переработки нефти и состоят из ароматических или алифатических углеводородов. Нефтяными растворителями являются: уайтспирит (нефрас-С4-155/200), состоящий из смеси алифатических углеводородов; сольвент (нефрас-А-130/150), состоящий в основном из смеси ароматических углеводородов, бензин для промышленных целей (нефрас-С 50/170), ксилол, представляющий из себя смесь изомеров ксилола и этилбензола и другие. Общее название нефтяных растворителей – нефрас. После наименования «нефрас» указывают диапазон температур, в котором отгоняется основная масса растворителя. Это важнейшая характеристика нефтяного растворителя, характеризующая его летучесть. Нефтяные растворители обладают резким запахом, обусловленным содержанием ароматических углеводородов, по этой же причине они обладают вредным действием на организм. Менее токсичны и пахучи узкие фракции углеводородов и деаромизированные углеводородные растворители, которые недавно стали промышленно выпускаться.

Компания «Химик» несколько десятков лет выпускает смесевые растворители для лакокрасочной промышленности. Для производства растворителей используется только высококачественное сырье. Все исходные компоненты и готовая продукция проходят тщательный контроль лаборатории ОТК, обеспеченной современным аналитическим оборудованием. Состав растворителей (в рамках определенных ГОСТ) подобран так, чтобы обеспечить максимальную растворяющую способность, требуемое время высыхания, отсутствие дефектов поверхности лакокрасочного материала.