Одним из самых важных этапов в ходе технологии изготовления ЛКМ – это приготовление основы (растворов пленкообразователей) и диспергирование в них наполнителей и пигментов.
Так как основными пленкообразователями считаются олигомеры и полимеры, то на процесс образования в них растворов большое влияние оказывает их строение, а также связанные с ними особенности взаимодействия с различными жидкими средами.
При растворении в пограничном слое жидкости низкомолекулярных веществ концентрация растворяемого вещества достигает своего максимума, а после этого уменьшается из-за теплового движения или же механического перемешивания. Следует отметить, что в массопереносе участвует исключительно растворяемое вещество, поэтому поток направлен в сторону жидкой фазы.
Характерная особенность взаимодействия высокомолекулярных соединения с различными жидкостями – это то, что массоперенос направляется в сторону полимерной и характеризуется очень глубоким проникновением растворителя в массу самого полимера. Такой процесс называют набуханием, и она является следствием длинноцепного строения молекул и более выражен в высоких молекулярных массах полимеров. Когда повышается молекулярная масса, скорость набухания подает, однако степень равновесного набухания значительно возрастает. Для высокомолекулярных соединения такая величина достигает нескольких сотен процентов.
Также процесс набухания может быть неограниченным или ограниченным, переходящим в растворение. Это напрямую зависит от термодинамического сродства растворителей к полимеру и строения полимера – наличия разветвленности, поперечных сшивок, кристалличности. Наличие кристалличности или поперечных сшивок приводит к ограничению набухания даже в термодинамически хороших многокомпонентных растворителях.
Толщина набухающего слоя зависит от температуры и молекулярной массы. Чем выше будет температура и меньше молекулярная масса, тем тоньше набухающий слой. Твердые низкомолекулярные олигомеры в ходе растворения образуют настолько тонкий слой, что им пренебрегают. Вследствие этого олигомеры быстро растворяются по механизму растворения стандартных низкомолекулярных веществ.
Что касается вопроса о влиянии температуры, то он неоднозначен. Повышение температуры значительно ускоряет набухание и диффузионные процессы. Однако это может и увеличить длительность процесса растворения. Последствием набухания может быть снижение прочностных свойств полимера, что приводит к разрушению полимера. А это в свою очередь увеличивает его поверхность соприкосновения с растворителем и повышает скорость растворения. Однако снижение толщина набухающего слоя в результате повышения температуры замедляет его разрушение, следовательно, снижается скорость растворения.
На растворимость полимеров огромное влияние оказывает структура и предыстория полимера. Если же полимер получен через стадию однофазного раствора, то он будет растворяться значительно хуже того, что получен через стадию студня.
Присутствие локальной кристалличности значительно ухудшает растворимость полимера. И это относится не только к полимерам, даже растворитель марки 646 обладает таким свойством. Этим и можно объяснить достаточно плохую растворимость поливинилхлорида.
На основании вышеперечисленных закономерностей можно ряд практических советов по получению качественных растворов пленкообразователей:
- Процесс растворения будет протекать лучше, если для растворения применяется смесь растворителей, один из которых будет обладать большим родством с полимером. Для более полного набухания на первой фазе нужно чтобы вначале использовался разбавитель, а только потом активный растворитель.
- Полимер нужно загружать в растворитель и в ходе работающей мешалки. В ином случае частицы полимера будут слипаться, образуя очень большие куски.
- Первую стадию растворения лучше всего проводить при нормальной температуре, а потом повышать ее.
