Разные лаки и краски используются практически в любой области промышленного производства, при эксплуатации всех видов транспорта, при возведении и эксплуатации зданий, в коммунальном хозяйстве. С их помощью производится окончательная отделка деталей и построек, придается нарядный внешний вид, создается защита от коррозии и других негативных факторов. Необходимы лакокрасочные материалы (ЛКМ) и в быту – практически каждый домашний мастер хотя бы раз что-то красил. Чтобы получить хороший результат от работы, краски перед нанесением обязательно разводят до нужной вязкости. Для этого необходим специальный материал – растворитель. Однако сфера его применения значительно шире, чем просто добавление в краски. Разберемся на знакомом большинству примере с ЛКМ, что такое растворители и какими они бывают.
Растворителем называется отдельное химическое вещество или смесь нескольких продуктов, которые способны взаимодействовать с вязкими густыми жидкостями, пастами и смолами, а также материалами в твердом состоянии, образуя низковязкие текучие однородные растворы. Признак качественного растворителя – в результате его использования получается жидкость без межфазных границ или расслоения. Процессы, происходящие при растворении, достаточно сложны и протекают на молекулярном уровне. Основное отличие их от химической реакции в том, что при растворении не происходит превращения молекул, не образуются новые вещества. Поэтому процесс растворения является обратимым, то есть после высыхания (испарения) растворителя оставшийся на поверхности материал имеет ту же химическую формулу, что и исходное вещество.
На заметку. Процессы, которые происходят при растворении, относятся не к химическим, а к физическим. При этом разрушаются старые водородные связи, соединявшие разные молекулы друг с другом, а химические связи внутри самих молекул не нарушаются. По этой причине разрыва и образования новых водородных связей процесс может сопровождаться общим изменением внутренней энергии системы, что воспринимается как изменение температуры смеси. Причем она может как увеличиваться (эндотермический процесс), так и понижаться (экзотермический).
Кроме выполнения своей основной функции – быстро и активно создавать однородную смесь с необходимым материалом, – к веществам, используемым как растворители, предъявляется ряд других требований:
- Должно быть исключено их химическое взаимодействие с компонентами лакокрасочного материала, с материалом поверхности, на которую тот наносится, а также используемым инструментом, тарой и т. д.
- Пары должны быть достаточно летучими, чтобы обеспечивалась быстрая сушка однокомпонентных ЛКС конденсационного типа (то есть не содержащих отвердителя или иных агентов, вызывающих химическую полимеризацию).
- Сам растворитель и его пары не должны взаимодействовать с водой в атмосфере с полной или частичной потерей своих свойств.
- После высыхания чистого растворителя на поверхности не должно оставаться нелетучего осадка, маслянистой пленки, разводов.
Охрана здоровья и экологическая безопасность. Вещества, предназначенные для применения в домашних условиях или проведения работ вне специально оборудованных цехов, должны оказывать минимальное вредное воздействие на здоровье людей и окружающую природу. Применение высокоактивных токсичных растворителей допускается лишь в промышленных условиях с использованием средств защиты (противогазы, изолирующие костюмы и т. д.) Так, в ряде производств есть необходимость использования растворяющих агентов, имеющих наибольшую активность в сравнении с общедоступными веществами – хлоросодержащую органику (дихлорэтан, хлорбензолы), амилы (гидразин и его органические производные, например, гептил). Обратная сторона их уникальной сольватирующей способности – чрезвычайно высокая токсичность. ПДК некоторых их них намного ниже, чем у признанного эталона ядовитости – синильной кислоты. Поэтому в целях собственной безопасности крайне не рекомендуется приносить с оборонных заводов безымянные растворители для домашнего употребления.
Запах паров. Любой органический растворитель является низкокипящей жидкостью, то есть активно испаряется при комнатной температуре. При этом в помещении накапливается ощутимая концентрация паров, которые могут обладать специфическим запахом. Даже при низкой или умеренной токсичности эти пары раздражающе действуют на слизистые оболочки дыхательных путей, а их запах может ощущаться непереносимым, вызывая психосоматические эффекты удушья. Поэтому в лакокрасочной промышленности предпочтение отдается веществам, не вызывающим подобных эффектов. Не имеют резкого неприятного запаха многие жидкие предельные углеводороды (фракции керосина), а также сложные эфиры – этилацетат, бутилацетат.
На заметку. Амиловый эфир уксусной кислоты (амилацетат) также называется грушевой эссенцией, так как содержится в одноименных фруктовых плодах, придавая им приятный аромат. Кроме пищевого производства и парфюмерии, синтетический амилацетат широко применяется в технике в качестве растворителя различных лаков и красок, обезжиривателя поверхностей.
Потребительские качества. Растворители, используемые в заводской рецептуре красок и лаков, а также при выполнении окрасочных работ, подбираются в соответствии с типом пленкообразующего, что обычно указывается на этикетке. Они должны обеспечить максимально высокое качество высохшей пленки ЛКМ: гладкость поверхности, глянец, механическую целостность и прочность. При этом наносимая краска должна легко растекаться, заполняя небольшие впадины и не создавая рельефных следов от кисти. Также необходима высокая степень сцепления (адгезия) с поверхностью основы. Растворяющий эффект не должен распространяться на материал, на который наносят краску. Так, большинство популярных ЛКМ нельзя наносить на строительные детали из пенопласта, поскольку входящие в их состав активные вещества быстро разрушают структуру пенополистирола и приводят к его порче.
Среди огромного числа уже упомянутых и других химикатов, обладающих растворяющей способностью в отношении ЛКМ, не практике используется лишь небольшое число проверенных многолетней практикой веществ и их смесей. Их можно классифицировать по химическому строению.
Неорганические растворители. Наиболее универсальным веществом, способным растворять большинство природных материалов, является обычная вода. Доказательством этому служит состав Мирового океана, в котором в разной концентрации можно обнаружить практически все существующие на планете натуральные элементы, вплоть до ионов тяжелых и драгоценных металлов. Водорастворимые и водно-дисперсионные ЛКМ пользуются популярностью и имеют ряд очевидных преимуществ перед аналогами. Другой пример неорганического состава в лакокраске – кислотные растворители на основе ортофосфорной кислоты. Они применяются в составе пассивирующих антикоррозионных грунтовок типа ВЛ-02 и других на поливинилбутеральных смолах. В отличие от более привычных сильных кислот, такой материал не расщепляет цепочки молекул полимера, а сохраняет их структуру без изменения.
Нефтяные растворители. Большое число веществ, применяемых для растворения красок и прочих органических смол, получают при перегонке нефти. Это различные виды углеводородов:
- Насыщенные и ненасыщенные ациклические жидкие углеводороды, обычно в составе фракционной смеси (бензин, керосин, уайт-спирит, нефрасы, сольвенты и т. д.).
- Алициклические углеводороды – циклогексан, циклооктан, циклопарафины.
- Ароматические соединения, содержащие бензольное кольцо – бензол, толуол, ксилол и их изомеры.
Согласно отечественному стандарту ГОСТ 26377-84 введена классификация нефтяных растворителей (нефрасов) по их составу. Для маркировки используется литера, обозначающая преимущественное содержание (свыше 50 % массы) определенного типа углеводородов:
- А — ароматические,
- П — парафиновые,
- И — изопарафиновые,
- Н — нафтеновые.
Сложные композиции, где ни одна из групп углеводородов не является доминирующей по составу, обозначают литерой С (смешанные).
Пример маркировки нефтяного растворителя. Одним из самых недорогих и распространенных растворителей для лакокраски считают уайт-спирит. За границей известен как Stoddard solvent – растворитель Стоддарта, что нередко встречается на этикетках ЛКМ импортного производства. По номенклатуре ГОСТ он носит наименование нефрас-С4-155/200. Здесь литера С – группа смешанных, цифра 4 – подгруппа содержания ароматических углеводородов 5…25 %, 155 и 200 – диапазон температур дистилляции (оС).
Другие органические растворители. Кроме получаемых из нефти, для работы с красками и лаками используются и иные органические соединения:
- Терпены – активные жидкости, выделяемые перегонкой из растительного (чаще древесного) сырья: скипидар, сосновое масло, пинен.
- Кетоны – ацетон (преимущественно для нитроцеллюлозы и в составе смесей, чтобы увеличить сольватирующую активность многокомпонентного растворителя).
- Спирты – этиловый, бутиловый, изопропиловый.
- Органические кислоты – уксусная, щавелевая и прочие.
- Сложные эфиры – бутилацетат, амилацетат, этилацетат.
