КЛАСИФІКАЦІЯ ЛФМ

У сучасному світі загрози всесвітнього похолодання змінюються погрозами глобального потепління, і навпаки. Пояснюють це однією і тією ж причиною: людина забруднює навколишнє середовище. Сервіси, котрі використовують ЛФМ в роботі, теж забруднюють, передусім – розчинниками, які випаровуються в атмосферу. Тому цілком природно, що в ході еволюції лакофарбових матеріалів одним з пріоритетних напрямків завжди була робота над екологічними властивостями продуктів. Зрештою, всі ми хочемо жити в чистому світі. Саме екологічні проблеми протягом багатьох років змушують законодавців більшості розвинених країн, в першу чергу Західної Європи, пред’являти до виробників ЛФМ і кузовним майстерним нові, все більш жорсткі вимоги до екологічної чистоти матеріалів. Перш за все, ці вимоги спрямовані на скорочення викидів в атмосферу вищезазначених розчинників або, як їх називають по науковому – летких органічних сполук (volatile organic compounds, VOC).

З природою краще не жартувати

Дослідники підрахували, що частка органічних розчинників, які випаровуються в атмосферу при виробництві і застосуванні одних лише лакофарбових матеріалів, становить 32% від загальної маси викидів летких органічних речовин. Чим небезпечні органічні розчинники? Крім того, що вони підвищують пожежо- і вибухонебезпечність під час зберігання і використання ЛФМ, а також негативно впливають на здоров’я працівників, вони несуть в собі ще більшу глобальну загрозу. Леткі органічні сполуки відносяться до речовин, які сприяють утворенню озону поблизу поверхні Землі та створюють так званий літній смог.

І хоча озон є природною складовою атмосфери і захищає Землю від надлишку сонячного ультрафіолету, його підвищена концентрація може чинити негативний вплив на живі організми. Так, надлишок озону у повітрі викликає розлади дихальних шляхів, стає причиною невиліковної астми та інших захворювань. У зв’язку з цим цілком зрозуміла стурбованість європейських екологів, які вимагають різкого скорочення шкідливих викидів при фарбуванні. У Європі, в першу чергу, звертають увагу на об’єми випарів, позначаючи цей параметр абревіатурою VOC, який вимірюється в грамах на літр. У нас же ж, навпаки, вкрай важливе значення має вміст матеріалу, що залишився на поверхні після випаровування всіх розчинників – так званий вміст сухого залишку. Виходить як завжди – вони підраховують те, що випаровується, а ми те, що залишилося.

LS, MS, HS, UHS/VHS/HD

Ці магічні абревіатури якраз і говорять нам про вміст сухого залишку в готовій до застосування суміші того чи іншого лакофарбового матеріалу – емалі, грунту, лаку:

  • LS (Low Solid) — низький вміст сухого залишку;
  • MS (Medium Solid) — середній вміст сухого залишку;
  • HS (High Solid) — високий вміст сухого залишку;
  • UHS/VHS/HD (Ultra High Solid/Very High Solid/High Density) — «надвисокий» вміст сухого залишку.

У технічній документації ця величина найчастіше вказується в процентному співвідношенні. Наприклад, зазначена величина – 65%. Це означає, що з приготованого і нанесеного матеріалу, після випаровування всіх летких розчинників на поверхні залишиться тих самих 65%. Решта безслідно зникла в атмосфері, забруднюючи навколишнє середовище. До матеріалів різного вмісту сухого залишку в ЛФМ термінології часто використовуються такі терміни як «низькоконцентрований» (це стосується LS-матеріалів), «середньоконцентрований» (MS), «висококонцентрований» (HS). Краще зрозуміти, що мається на увазі під різним рівнем наповненості допоможе простий побутовий приклад: спробуємо насипати в воду трохи цукру і спробуємо його розчинити. Спочатку цукор буде добре розчинятися, але якщо ми поступово будемо досипати цукру все більше і більше, то в певний момент розчин досягне стадії перенасичення, розпочнеться процес кристалізації і цукор більше не розчинятиметься. Також, ми не можемо додавати в розчин, що розпочав кристалізуватися, ще якусь рідину, щоб продовжувати реакцію – більш ефективного розчинника для цукру, ніж вода, не існує.

Тепер спроектуємо цей процес на ЛФМ, де цукор – це смола, а вода – розчинник. Здатність  розчинятися залежить як від молекулярної маси і хімічного складу смоли, так і від розчинників. Під розчинниками мається на увазі не те, що ми доливаємо (розбавляємо субстанцію), а ті рідини, які вводять в ЛФМ на заводі під час виготовлення. Так ось, у випадку з ЛФМ простору для маневрів набагато більше. Завдяки вдосконаленню полімерів і розробці нових, все більш ефективних розчинників, хімікам вдалося істотно підвищити концентрацію «цукрового сиропу»: від низько концентрованого (LS), до середньо- (MS), а потім висококонцентрованого (HS) і надконцентрованого (UHS/VHS).

LS і MS

LS-матеріали вже давно законодавчо заборонені і офіційно практично ніким не виробляються. Але у нас такі матеріали таки можна знайти на ринку під виглядом економ-лінійок акрилових лаків. Зрозуміло, на упаковці абревіатуру LS ви ніде не побачите. Якщо ж ми звернемося до цифр, то побачимо, що летючість LS-матеріалів становить близько 820-840 г/л (той самий VOC). Якщо дивитися за сухим залишком, його вміст у цих матеріалів вкрай низький – близько 30-40%. Через це наносити LS-матеріали потрібно було не менше, ніж в три шари, інакше добитися робочого шару фарби в 50-60 мкм, особливо на вертикальній поверхні фактично неможливо. А що поробиш – матеріал низькоконцентрований, молекули великі, набагато більші, ніж у МS або НS-матеріалів і розташовані куди рідше. Якщо ж ми і спробуємо отримати таку товщину за один підхід, зазнаємо невдачі – емаль просто стече на підлогу.

Як з екологічних, так і з економічних міркувань, матеріали класу LS влаштовували мало. Враховуючи те, скільки LS-матеріалу просто випаровувалося в повітря (пам’ятайте, коефіцієнт переносу пістолета раніше був дуже низьким!), виходить, що з літра фарби у нас не залишається практично нічого! Все це призвело до того, що хіміки, зважаючи на все більш жорсткі екологічні нормативи, стали шукати спосіб зробити лакофарбові матеріали менш летючими. Так на світ з’явилися матеріали MS. Тільки тут треба розуміти правильно – вони не стали густішими! В тому-то весь фокус і полягає, що при більшій концентрації полімеру в’язкість матеріалу не змінилася. Полімер залишився один і той же – акрилова смола, але з більш низькою молекулярною масою, що дозволило підвищити її розчинність в меншій кількості розчинника. А використання смоли з меншою молекулярною масою, навпаки, робить матеріал більш текучим. Ось і виходить, що при використанні смоли з меншою молекулярною масою і меншої кількості розчинника в’язкість матеріалу не змінилася. Зрештою, якби ми могли без кінця перенасичувати розчин, то в кінцевому підсумку отримали б, скажімо, шпаклівку. А ось вміст VOC в MS-матеріалах значно зменшився – в середньому до 600 г/л. Якщо дивитися по «нашій» методиці, то величина сухого залишку на поверхні у цих матеріалів в залежності від амбіцій виробника стала складати від 40 до 55%. Відповідно, разом з «летючістю» зменшився показник непродуктивних витрат. Більш концентрованим MS-матеріалом ми стали досягати необхідної товщини покриття вже за два підходи.

HS і UHS/VHS

Однак і 600 г/л не стало межею. В кінці 2000 року законодавчі органи Європейського Союзу опублікували постанову про плановане в 2007 році посилення вимог до виробництва, продажу і застосування лакофарбових матеріалів за критерієм вмісту в їх складі летючих органічних розчинників. Обмеження повинні були торкнутися всього переліку ЛФМ: від знежирювачів і шпаклівок до прозорих лаків і аерозолів. Межа, що обмежує вміст органічних розчинників в літрі приготовленої базової фарби, 2K емалі або лаку тепер передбачалося знизити до 420 г/л. Потрібно віддати належне європейським законодавцям хоча б в тому, що ці обмеження не звалилися як сніг на голову. У виробників ЛФМ в запасі було сім років для виконання наукових досліджень, будівництва потужностей і випуску продукції, що відповідає новим екологічним стандартам. Щоб відповідати цим стандартам, потрібно було ще більше підняти сухий залишок (знизити VOC). Для цього хімікам довелося неабияк потрудитися над синтезом нових полімерів. Для підвищення сухого залишку необхідно використовувати смоли з низькою молекулярною масою. Але якщо у випадку з LS і MS матеріалами для отримання просторово зшитих плівок в реакціях зшивання досить участі порівняно невеликого числа функціональних груп, то в матеріалах з високим сухим залишком має прореагувати набагато більша їх кількість. Тобто, щоб забезпечити покриття з необхідними фізичними і хімічними властивостями при меншій молекулярній масі, смоли повинні мати більш високу реакційну здатність. Тільки таким чином можна значно підвищити сухий залишок, зберігши при цьому високу якість продукту, його хорошу здатність до затвердіння. Цим і зайнялися хіміки – почали вживати заходів, спрямованих на підвищення реакційної здатності плівкоутворювачів. Звісно, фізичні властивості висококонцентрованих матеріалів вже стали відрізнятися від властивостей матеріалів MS і LS. Через високу концентрацію полімеру (який сам по собі набагато більш реакційно здатний) і значне зниження кількості розчинника, система виходить настільки щільною і напруженою (молекул набито стільки, що вони аж тріщать в банці), що це вже не може не вплинути на в’язкість. Висококонцентровані матеріали стали більш в’язкими, що привнесло деякі зміни в процес роботи з ними. HS-матеріали вже за півтора шару дають можливість досягати товщини покриття в 50-60 мікрон. Вміст сухого залишку в цих матеріалах вдалося підвищити до 55-65%.

Але безкінечно зменшувати кількість розчинника у фарбі неможливо – індекс в’язкості стане занадто великим. Якби ми захотіли отримати отримати 100% сухого залишку в банці, в кінцевому підсумку отримали б порошкову фарбу. Максимальна межа лежить десь в районі 82-85%, і цього вдалося досягти у сучасних «надконцентрованих» UHS/VHS-матеріалах, багато з яких допускається наносити лише в один шар! (Або в півтора, але перший – дуже тонкий). Більше наповнити матеріал вже просто неможливо апріорі.

З жовтня 2007-го року в Європі будь-яке підприємство, що має стосунок до ЛФМ, повинно відповідати новим екологічним вимогам. Якщо комусь цікаво, для повного переліку компонентів ремонтної системи максимально допустимі величини VOC відповідно до сучасного законодавства виглядають наступним чином:

Найцікавіше, що з базовими емалями історія трохи інша. Всі ми знаємо, що це матеріали рідкі, з великою кількістю розчинника і тонкошаровим нанесенням. Низький рівень сухого залишку і велика кількість розчинника сприяють правильному розташуванню металевих пігментів відносно підкладки. Якщо ж збільшити вміст сухого залишку за аналогією з акриловими матеріалами, металеві частинки вже не зможуть правильно орієнтуватися, що негативно позначиться на візуальних характеристиках покриття. Тому, щоб домогтися зниження VOC, довелося переробляти їх «під воду». Таким чином, при низькому сухому залишку, за рахунок заміни органічних розчинників водою вдалося домогтися екологічності базових емалей. Вода, зрозуміло, не з-під крана, а спеціально оброблена. Таким чином водорозчинні базові покриття, а також лаки і ґрунти на сольвентній основі, але з дуже високим сухим залишком і низьким VOC дозволяють відповідати сучасним екологічним вимогам. Розробники ЛФМ навіть стали виділяти сольвентні продукти, що відповідають цим вимогам, в окремі групи матеріалів і надавати їм особливе маркування. Найчастіше ці матеріали можна розпізнати по наявності в їх назві абревіатури VOC або словосполучення Low VOC (LV). Якщо мова про лаки, то такі лаки часто називають просто VOC-лаками. Подібне маркування дозволяє фахівцям ремонтних підприємств при виборі матеріалу не займатися підрахунками індексу VOC. Якщо це продукти від перевірених виробників, то всі розрахунки вже проведені, і, що найголовніше, затверджена їхня легітимність в органах, які контролюють екологічну обстановку. Адже часто постачальники пишуть на банках: HS, VHS, а перевіриш – у більшості в кращому випадку MS, а інколи й LS – обманюють і себе, і споживача, і природу. Однак справа тут не тільки в екології. Кожен спеціаліст знає, що якщо трішки готового до нанесення лаку залишити в банку, то через деякий час утворюється не тверда речовина, а субстанція, що по консистенції нагадує желе. Справа в тому, що, хоча процес полімеризації охоплює всю масу матеріалу, випаровування розчинників відбувається тільки з його поверхні. Тому, чим менше розчинника в матеріалі, тим більш товстими шарами його можна наносити, і тим вище міцність плівки, що утворилася. Крім того, при рівній товщині плівки, матеріалом з великим сухим залишком можна покрити велику поверхню. Так, одним літром лаку HS можна покрити площу приблизно на третину більшу, ніж лаком серії MS. Так що, як бачите, все більше впровадження матеріалів з високим сухим залишком диктується не тільки екологічними, але і чисто практичними мотивами.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *