Растворители, что это за вещества и для чего они предназначены?

Растворением называют физико-химический процесс, при котором несколько различных веществ соединяются в однородную смесь, не имеющую межфазных границ. В подавляющем большинстве случаев при стандартных условиях (нормальное давление, комнатная температура) раствор – это жидкость. Известные в технике твердые и газовые растворы можно встретить в лаборатории или высокотехнологичных производствах, но не в быту. Соответственно, растворитель – это жидкость, назначение которой в том, чтобы воздействовать на твердые вещества, а также смолы, густые и пастообразные материалы с целью получения маловязкой текучей жидкости.

На заметку! Основное отличие растворителя от химического реактива в том, что в процессе взаимодействия с ним не происходит изменения молекулярного состава растворяемых материалов. При этом не протекают химические реакции, не образуются новые вещества. Процесс обратимый, то есть после испарения растворителя вещество восстанавливается в исходной форме.

Сложно назвать какую-то одну область деятельности в качестве ответа на вопрос, для чего используется растворитель. Материалы этой группы широко востребованы в самых разных отраслях промышленности, а также используются в быту. Среди направлений применения можно обозначить несколько самых частых.

Химическое производство. При проведении реакций химического синтеза в промышленных масштабах важнейшим фактором, влияющим на качество получаемых продуктов, является стабильность проводимых технологических процессов. Все основные параметры внутри реактора должны поддерживаться в рамках расчетных параметров – температура, скорость подачи сырья, интенсивность перемешивания и множество других характеристик. Добиться их соблюдения можно, лишь обеспечив гомогенность и однородность реакционной смеси, ее подвижность и отсутствие твердых частиц, способных выпадать в осадок и ухудшать протекание нужных реакций. Для этого твердое или вязкое сырье разводят растворителем для достижения заданных технологией свойств. Конкретный тип используемого вещества подбирается фактически опытным путем для данного производства и в дальнейшем менять его не рекомендовано. Нередко одна и та же базовая реакция протекает с разной скоростью и различается по выходу на предприятиях, применяющих отличающиеся растворители.

Изготовление синтетических волокон. При производстве нитей из полимерных материалов используют технологии пропускания сырьевой массы через мельчайшие отверстия. Для этого полимер должен иметь низкую вязкость, иначе вытягивание нити окажется невозможным. Достигают ее применением растворителя. После формирования волокон летучие компоненты быстро испаряются. Поэтому есть особые требования к используемым вспомогательным веществам: высокая летучесть, относительно невысокая цена, простота улавливания паров, их регенерации для повторного использования.

Разделение сложных смесей. Во многих отраслях промышленности в качестве первичного сырья выступает неочищенная смесь из десятков веществ, которые необходимо разделить на компоненты для последующей переработки. Наиболее очевидные примеры: отжим из растительной массы в сельском хозяйстве и пищевых производствах, целлюлозно-бумажной промышленности и лесохимии. Не всегда удается отделить необходимую фракцию простыми физическими способами. Тогда применяют методы экстракции растворителем, подбирая его так, чтобы растворялся нужный элемент смеси. По этой технологии разделяют водно-масляные дисперсии при производстве эфирных и технических масел. Тем же методом экстракционной дистилляции в промышленности очищают от ненужных примесей продукты органического синтеза.

Лабораторное оборудование. Одним из ведущих приемов изучения состава веществ в лаборатории является метод жидкостной хроматографии. В нем исследуемый продукт растворяют в тщательно подобранных жидкостях и затем анализируют динамику распределения в особых колонках или другом оборудовании. Качество и химическая чистота растворителя здесь играют особую роль для достоверного определения состава тестируемой смеси.

Машиностроение и транспорт. При изготовлении металлических деталей, а также выполнении технического обслуживания и ремонта узлов и агрегатов важнейшее значение играет хорошая очистка всех поверхностей от масляной пленки и жирных загрязнений. На новых изделиях масло может сохраняться после станочной обработки с использованием СОЖ. Бывшие в употреблении детали обычно покрыты плотным слоем смазки, моторного или трансмиссионного масла. Поскольку масла и жиры не растворяются в воде, для их удаления применяют органические растворители.

Лакокрасочное производство. Изготовление лакокрасочных материалов (ЛКМ) не обходится без больших объемов разнообразных растворителей. Пленкообразующей основой лаков и красок, благодаря которой материал удерживается на поверхности, служат разные виды природных или полимерных смол – алкидных, акриловых, нитроцеллюлозных и многих других. Все эти вещества в чистом виде находятся в твердом или густом пастообразном состоянии, поэтому для производства из них готовой краски необходимо ввести определенный рецептурой объем растворителя. В разных ЛКМ это количество может быть от 20 до 50 %. Вязкость краски на этапе производства важна для таких операций, как перекачивание по трубопроводам, процеживание и фильтрация, диспергирование твердых пигментов и наполнителей и т. д.

Окрашивание в промышленности, строительстве и быту. Разные технологии нанесения готовой краски на поверхность предъявляют отличающиеся требования к вязкости материала. Обычно краска, купленная в розничной фасовке, достаточно густая и годится без разведения лишь для работы кистью. Использование валиков и других приспособлений уже требует более жидкого материала. Критично важно разводить краску до нужной вязкости перед заливкой в пульверизатор для распыления воздушным способом. Пригодится растворитель и для очистки инструмента после окончания работ. Вовремя непромытая кисть быстро засохнет и окажется одноразовой, а сопла и клапаны воздушного пистолета придут в негодность.

В качестве растворителей для различных материалов могут использоваться многочисленные химические вещества, которые классифицируют по принадлежности к разным типам.

Неорганические растворители. Самым распространенным среди них является вода, которая благодаря уникальной дипольной молекуле с сильной полярностью способна растворять большинство известных веществ. Менее популярны и почти не применяются в быту такие неорганические жидкости, как водные растворы фтороводорода (плавиковая кислота), сернистого ангидрида, галогенидов, а также расплавы солей и т. д. Экзотический пример неорганического жидкого растворителя – металлическая ртуть, в которой можно обратимо растворить золото и серебро.

Органические растворители. Объединяют большую группу веществ, среди которых:

• алифатические (ациклические) углеводороды, не имеющие в структуре бензольных колец, – предельные и непредельные соединения, чаще всего получаемые из нефти;
• ароматические углеводороды (содержат циклические группы) – бензол, толуол, ксилол;
• галогенуглеводороды – дихлорэтан, хлорбензол и т. д.;
• нитросоединения – нитробензол, тетранитрометан;
• спирты – этанол, бутанол, изопропанол и другие;
• карбоновые кислоты – уксусная, щавелевая, лимонная и т. д.;
• простые и сложные эфиры – бутилацетат, этилацетат, амилацетат, этилцеллозольв;
• кетоны – ацетон.

Такой широкий ассортимент позволяет выбирать агент, молекулы которого лучше всего будут образовывать водородные связи в растворе с веществами различной структуры.

На заметку! Наиболее часто встречаются многокомпонентные растворители с буквенно-цифровыми индексами по отечественным стандартам:

1. Растворитель 646: 50 % толуола; 15 % этилового спирта; 10 % бутанола; 10 % бутилацетата; 8 % этилцеллозольва; 7 % ацетона.
2. Растворитель 649: 30 % этилцеллозольва; 20 % бутанола; 50 % ксилола.
3. Растворитель Р-4: 62 % толуола; 26 % ацетона; 12 % бутилацетата.

Однокомпонентные и многокомпонентные растворители. Чистое (одиночное) химическое вещество редко применяют как растворитель, за исключением производственных процессов со строго отработанной технологией. Чаще на практике используют многокомпонентные составы, представляющие собой смесь. За счет этого достигается универсальность – один и тот же растворитель может проявлять активность в отношении молекул с сильными и слабыми водородными связями, большим и низким дипольным моментом. Не требуется изучение специальной литературы или долгие опыты, чтобы с уверенностью пользоваться растворителем, даже не обладая специальными знаниями.