Критерии выбора растворителей для пленкообразователей

20.11.2012

Выбор растворителей для пленкообразующих систем проводится с учетом растворяющей способности и скорости испарения органических жидкостей, технологических свойств лакокрасочного материала, экономических факторов, а также требований техники безопасности (взрыво- и пожароопасность, токсичность) и экологии.

Основы подбора растворителей для полимеров по их растворяющей способности до сих пор имеют полуколичественный характер. В последние годы на практике чаще всего используется теория полимерных растворов Гильдебранда – Скетчарда в виде концепции трехмерного параметра растворимости, согласно которой, растворение будет происходить при любых соотношениях компонентов, если мольная энтальпия смешения ΔH будет близка к нулю в уравнении:

 

H=(δ1-δ2)²V1φ1φ2,

 

где δ1,δ2 – параметры растворимости компонентов; φ1,φ2 – объемные доли компонентов. Величина (δ1-δ2)² = β называется параметром совместимости, так как при определении значения ΔH она указывает на сродство смешиваемых компонентов.

Экспериментально параметр растворимости полимеров можно определять по степени набухания полимера в растворителях. При линейном строении полимера в определенном интервале параметров растворимости происходит неограниченное набухание, т. е. растворение. Среднее значение этого интервала можно считать равным параметру растворимости полимера. К физическим характеристикам относят также растворяющую способность, определяемую показателем Кб (каури-бутанол) – количество растворителя, добавляемого к 20 г 33%-го раствора смолы каури в бутиловом спирте до помутнения раствора (чем выше КБ, тем растворяющая способность больше).

 

 

Индивидуальные растворители применяются очень редко. Это обусловлено как  экономическими факторами, так и технологическими требованиями.

Качество пленки (ее сплошность, глянец, декоративный вид и т. п.) во многом зависит от скорости улетучивания растворителя при пленкообразовании. Слишком быстрое – способно привести к сильному охлаждению пленки, а впоследствии к ее помутнению за счет конденсации на поверхности влаги из окружающей среды. Кроме того, в этом случае могут образовываться пористые пленки, а также пленки с более высоким внутренним напряжением, поскольку при большой скорости удаления растворителя не успевают пройти релаксационные процессы. Пористые пленки могут возникать и при слишком медленном улетучивании растворителя, например, при формировании пленок из термореактивных пленкообразующих.

Наиболее целесообразно одновременно вводить в пленкообразующую систему несколько растворителей, отличающихся по своей летучести и температуре кипения.

Ароматические растворители обладают более высокой растворяющей способностью и в качестве составляющих компонентов входят в большинство смесевых растворителей. Как основная добавка они применяются для растворения эпоксидных, виниловых и акрилатных полимеров. Для хлоркаучука в большей степени подходит толуол. Ксилол по получению и свойствам подобен толуолу. Из трех изомеров наилучшей растворяющей способностью обладает о-ксилол, однако смесь изомеров является худшим растворителем, чем толуол (температура вспышки – 32°C; температура кипения – 144°C). К широко используемым растворителям в классе эфиров относится бутилацетат с температурой вспышки в 22°C и температурой кипения в 126,1°C.

В состав многих смесевых растворителей входит уайт-спирит, который получают в процессе коксования каменного угля и при пиролизе нефтяных фракций. Вещество обладает плотностью 0,79 г/см³ и представляет собой смесь ароматических углеводородов с содержанием нафтенов и парафинов, а также непредельных циклических углеводородов. Температура начала кипения составляет более 160°C, а 98% уайт-спирита перегоняется при температуре в 200°C.

Для растворимых полимеров может быть рекомендован метод определения параметра растворимости  по характеристической вязкости.  В этом случае вещество, образующее раствор с максимальной характеристической вязкостью, имеет параметр растворимости, наиболее близкий к параметру растворимости полимера.

Марина Гравит