Введение: растворитель — пятая составляющая лакокрасочного материала — правильный выбор удваивает результат при половине усилий, неверный выбор губит всё дело.
Растворитель в лакокрасочном материале не является компонентом, который в итоге остаётся в покрытии, — но именно он определяет, насколько успешно будет нанесение и плёнкообразование. Тройная роль растворителя: (1) растворение смолы — снижение вязкости — обеспечение наносимости (истинный растворитель — параметр растворимости соответствует смоле); (2) регулирование скорости испарения — контроль времени растекания и скорости сушки (со-растворитель — вспомогательное растворение + увеличение времени открытой выдержки); (3) снижение себестоимости — разбавитель — не растворяет смолу, но снижает вязкость — уменьшает стоимость рецептуры. Научной основой выбора растворителя являются параметры растворимости Хансена (HSP — δD дисперсионный / δP полярный / δH водородно-связанный в трёхмерном пространстве): чем меньше расстояние HSP (Ra) между смолой и растворителем, тем выше растворяющая способность — при Ra < 8 растворимо — при Ra < 4 легкорастворимо.
Выбор растворителя для краски основан на параметрах растворимости Хансена (HSP) и скорости испарения растворителя (RER — эталон: бутилацетат = 1,0) — истинный растворитель (Ra<4 — обеспечивает растворяющую способность), вспомогательный растворитель (Ra8 — только снижение вязкости и себестоимости) образуют растворительный треугольник рецептуры — посредством рационального сочетания — достигается оптимальный баланс полного растворения смолы, вязкости нанесения и скорости сушки — при этом выполняются экологические требования норм VOC (GB 30981/GB 38468/EU Decopaint).
I. Параметры HSP и скорость испарения часто используемых растворителей
| Растворитель | δD | δP | δH | RER(бутилацетат=1) | Температура кипения(°C) | Освобождение от VOC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ксилол | 17.8 | 1.0 | 3.1 | 0.7 | 138-144 | Нет |
| Бутилацетат | 15.8 | 3.7 | 6.3 | 1.0(базовый) | 126 | Нет |
| Ацетон | 15.5 | 10.4 | 7.0 | 5.5(очень быстро) | 56 | Да(освобождение EPA/GB) |
| Бутанол | 16.0 | 5.7 | 15.8 | 0.4(медленно) | 118 | Нет |
| PCBTF | 16.6 | 3.0 | 2.0 | 0.9 | 139 | Да(освобождение EPA — содержит F/Cl) |
| Пропиленгликольметиловый эфир (PM) | 15.6 | 6.3 | 11.6 | 0.6 | 120 | Нет |
Часто задаваемые вопросы
Q1: Параметр растворимости Хансена — что означает Ra<4 (растворимо) — как применять?Хансен разложил параметр растворимости на три измерения — δD (дисперсионные силы), δP (полярные силы) и δH (водородные связи). Расстояние между растворителем и смолой в трёхмерном пространстве Ra=√[4(ΔδD)²+(ΔδP)²+(ΔδH)²]. Чем меньше Ra — тем «ближе» растворитель к смоле — тем сильнее растворяющая способность. На примере алкидной смолы — её HSP примерно (δD=18,δP=8,δH=6) — HSP ксилола (δD=17.8,δP=1,δH=3.1) — Ra≈7.9 — Ra<8 растворимо, но не оптимально — поэтому ксилол растворяет алкид, но требует нагрева или сомрастворителя для повышения эффективности растворения.
Q2: Освобожденные от VOC растворители — ацетон/PCBTF — не считаются VOC — можно использовать бесконтрольно?Ацетон и PCBTF классифицированы Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и китайским стандартом GB как освобожденные от VOC — поскольку их фотохимическая реакционная способность в атмосфере чрезвычайно низка — они не участвуют в образовании фотохимического смога (озона). Но это не означает, что они не летучи или нетоксичны — температура кипения PCBTF 139°C — он всё равно испаряется — просто не учитывается в выбросах VOC. Кроме того, PCBTF дорог (50–80 юаней/кг — в 5–8 раз дороже ксилола) — содержит фтор/хлор — для сжигания и утилизации требуется специальная обработка. Освобожденные растворители — это техническая лазейка в природоохранном законодательстве, а не бесплатный обед — при использовании необходимо осторожно оценивать затраты и конечную утилизацию.
Q3: Логика треугольной рецептуры истинный растворитель/вспомогательный растворитель/разбавитель?Истинный растворитель (ядро растворяющей способности — 30–50%): Ra с resin <4 — обеспечивает полное растворение смолы — лакокрасочное покрытие прозрачное без частиц. Вспомогательный растворитель (вспомогательное растворение + регулировка испарения — 20–40%): Ra 8 — не растворяет смолу — просто снижает вязкость и себестоимость — но избыток приведет к выпадению смолы в осадок — лакокрасочное покрытие мутнеет. «Деньги, сэкономленные на разбавителе = выпадение смолы в осадок = брак покрытия».
См. также / Похожие материалы
Резюме
Растворители для покрытий — истинный растворитель (Ra<4) + вспомогательный растворитель (Ra8) = треугольник растворителей рецептуры. Hansen HSP — ключевой научный инструмент выбора растворителей; скорость испарения (RER) определяет технологическое окно нанесения. Правила VOC и освобождённые растворители (ацетон/PCBTF) — экологические ограничения при разработке рецептур. Kexin New Materials предоставляет решения по оптимизации растворительных рецептур и соответствию VOC — минимум растворителя для наилучшего растворения — выполнение самых строгих норм.