Материалы

Классификация ЛКМ по сухому остатку и VOC: LS, MS, HS, UHS/VHS

Классификация ЛКМ по сухому остатку и VOC

В современном мире ужасы всемирного похолодания сменяются угрозами глобального потепления, и наоборот. Объясняют это одной и той же причиной: человек загрязняет окружающую среду. Лакокрасочники тоже загрязняют, прежде всего — растворителями, испаряющимися в атмосферу. Поэтому вполне естественно, что в ходе эволюции лакокрасочных материалов одним из приоритетных направлений всегда была работа над экологическими свойствами продуктов. В конце концов, все мы хотим жить в чистом мире.

Именно экологические проблемы на протяжении многих лет заставляют законодателей большинства развитых стран, в первую очередь Западной Европы, предъявлять к производителям ЛКМ и кузовным мастерским новые, все более жесткие требования к экологической чистоте материалов. Прежде всего, эти требования направлены на сокращение выбросов в атмосферу вышеупомянутых растворителей или, как их называют по научному, — летучих органических соединений (volatile organic compounds, VOC).

C природой шутки плохи

Исследователи подсчитали, что доля органических растворителей, которые улетучиваются в атмосферу при производстве и применении одних лишь лакокрасочных материалов, составляет 32% от общей массы выбросов летучих органических веществ.

Чем опасны органические растворители? Помимо того, что они повышают пожаро- и взрывоопасность во время хранения и использования ЛКМ и негативно влияют на здоровье работников, они несут в себе еще более глобальную угрозу.

Летучие органические соединения относятся к веществам, которые способствуют образованию озона вблизи поверхности Земли, создающего так называемый летний смог.

Летний смог

И хотя озон является природной составляющей атмосферы и защищает Землю от избытка солнечного ультрафиолета, его повышенная концентрация может оказывать негативное влияние на живые организмы.

Так, переизбыток озона во вдыхаемом человеком воздухе вызывает боли и расстройства дыхательных путей, становится причиной неизлечимой астмы и других заболеваний. В связи с этим вполне понятной становится озабоченность европейских экологов, которые ставят задачу резкого сокращения вредных выбросов при покраске.

Однако в нашем Отечестве отношение к экологии пока не такое трепетное. Причем российское «невмешательство» в мировую политику вылилось в то, что даже стандарты в этой сфере у нас диаметрально противоположны западным. В Европе, в первую очередь, считают то что испаряется, обозначая этот параметр аббревиатурой VOC, который измеряется в граммах на литр. У нас же крайне важное значение имеет содержание материала, наоборот, оставшегося на поверхности после испарения всех растворителей — так называемое содержание сухого остатка.

Получается как всегда — они считают то, что улетело, а мы то, что осталось. Наверное, здесь дает о себе знать наш неистребимый оптимизм — прямо как в том популярном выражении о «наполовину пустом или наполовину полном стакане».

LS, MS, HS, UHS/VHS/HD

Эти волшебные аббревиатуры как раз и говорят нам о содержании сухого остатка в готовой к применению смеси того или иного лакокрасочного материала — эмали, грунта, лака:

  • LS (Low Solid) — низкое содержание сухого остатка;
  • MS (Medium Solid) — среднее содержание сухого остатка;
  • HS (High Solid) — высокое содержание сухого остатка;
  • UHS/VHS/HD (Ultra High Solid/Very High Solid/High Density) — «сверхвысокое» содержание сухого остатка.

В технической документации эта величина чаще всего указывается в процентном выражении. Например, указанная величина — 65%. Это значит, что из приготовленного и нанесенного материала, после испарения всех летучих растворителей на поверхности останется тех самых 65%. Остальное бездарно улетучилось в атмосферу, загрязняя окружающую среду и отравляя маляра.

К материалам различного содержания сухого остатка в лакокрасочной терминологии часто используются такие термины как «низконаполненный» (это относится к LS-материалам), «средненаполненный» (MS), «высоконаполненный» (HS).

Лучше понять, что подразумевается здесь под различной степенью наполненности поможет простой бытовой пример: насыплем в воду немного сахара и попробуем его растворить. Поначалу сахар будет хорошо растворяться, но если мы постепенно будем досыпать сахара больше и больше, то в определенный момент раствор достигнет стадии перенасыщения и произойдет его кристаллизация. Сверх того, что уже растворилось, в этом растворе уже ничего растворится не может.

Также мы не можем добавлять в кристаллизовавшийся раствор еще какую-нибудь жидкость, чтобы продолжать реакцию — более эффективного растворителя для сахара, чем вода, не существует.

Теперь спроецируем эту картинку на ЛКМ, где сахар — это пленкообразователи (смолы), а вода — растворители. Растворимость смолы зависит как от ее молекулярной массы и химического состава, так и от применяемых растворителей. Под растворителями здесь имеется в виду не то, что мы наливаем (эти жидкости правильнее называть разбавителями), а те жидкости, которые вводят в ЛКМ на заводе при изготовлении.

Так вот, в случае с ЛКМ пространства для маневров гораздо больше. Благодаря совершенствованию полимеров и разработке новых, все более эффективных растворителей, химикам удалось существенно повысить концентрацию «сахарного сиропа»: от низконаполненного (LS), до средне- (MS), а затем высоконаполненного (HS) и сверхвысоконаполненного (UHS/VHS).

LS и MS

LS-материалы уже давно законодательно запрещены и официально практически никем не производятся. Но у нас такие материалы нет-нет да и промелькнут на рынке под видом эконом-линеек акриловых лаков. Разумеется, на упаковке аббревиатуру LS вы нигде не найдете.

Если же мы обратимся к цифрам, то увидим, что летучесть LS-материалов составляет порядка 820-840 г/л (тот самый VOC). Если смотреть по сухому остатку, он у этих материалов крайне низок — порядка 30-40%. Из-за этого наносить LS-материалы нужно было не меньше, чем в три слоя, иначе добиться рабочего слоя краски в 50-60 мкм, особенно на вертикальной поверхности не представлялось возможным.

А что поделаешь — материал низкоконцентрированный, молекулы крупные, гораздо более крупные, чем у МS или НS-материалов и расположены куда реже, поэтому, используя его, искомые микроны набираются только за три прохода. Если мы и попытаемся получить такую толщину за один проход, потерпим фиаско эмаль стечет на пол, и дело с концом.

Толщина LS-материала

Как по экологическим, так и по экономическим соображениям, материалы класса LS устраивали мало. Учитывая, сколько при нанесении LS-материала уходило в опыл (помните, коэффициент переноса пистолета раньше был очень низким), а сколько просто испарялось, получается, что из литра краски у нас не остается практически ничего!

Все это привело к тому, что химики, подстегиваемые все более жесткими экологическими нормативами, стали искать способ сделать лакокрасочные материалы менее летучими. Так на свет появились материалы MS.

Только здесь надо понимать правильно — они не стали более густыми, нет. В том-то весь фокус и заключается, что при большей концентрации полимера вязкость материала не изменилась. Полимер ведь остался один и тот же — акриловая смола, но с более низкой молекулярной массой, что позволило повысить ее растворимость в меньшем количестве растворителя.

А использование смолы с меньшей молекулярной массой, наоборот, делает материал более текучим. Вот и получается, что при использовании смолы с меньшей молекулярной массой и меньшего количества растворителя вязкость материала не изменилась. В конце-концов, если бы мы могли без конца перенасыщать раствор, то в конечном итоге получили бы, скажем, шпатлевку.

А вот содержание VOC в MS-материалах значительно упало — в среднем до 600 г/л. Если смотреть по «нашей» методике, то величина сухого остатка на поверхности у этих материалов в зависимости от амбиций производителя стала составлять от 40 до 55%.

Вместе с «летучестью» уменьшился, соответственно, и непродуктивный расход материала. Более концентрированным MS-материалом мы стали достигать необходимой толщины покрытия уже за два прохода.

Толщина MS-материала

HS и UHS/VHS

Однако и 600 г/л не стали пределом. В конце 2000 года законодательные органы Европейского Союза опубликовали постановление о планируемом в 2007 году ужесточении требований к производству, продаже и применению лакокрасочных материалов по критерию содержания в их составе летучих органических растворителей. Ограничения должны были коснуться всего перечня ЛКМ: от обезжиривателей и шпатлевок до прозрачных лаков и аэрозолей.

Предел, ограничивающий содержание органических растворителей в литре приготовленной базовой краски, 2K эмали или лака теперь предполагалось снизить до 420 г/л.

Нужно отдать должное европейским законодателям хотя бы в том, что эти ограничения не свалились как снег на голову. У производителей ЛКМ в запасе было семь лет для выполнения научных исследований, строительства производств и выпуска продукции, удовлетворяющей новым экологическим стандартам.

Чтобы соответствовать этим стандартам, нужно было еще больше поднять сухой остаток (снизить VOC). Для этого химикам пришлось изрядно потрудиться над синтезом новых полимеров-связующих. Как было замечено выше, для повышения сухого остатка необходимо использовать смолы с низкой молекулярной массой.

Но если в случае с LS и MS материалами для получения пространственно сшитых пленок в реакциях сшивания достаточно участия сравнительно небольшого числа функциональных групп, то в материалах с высоким сухим остатком должно прореагировать намного большее их количество.

То есть чтобы обеспечить покрытие с требуемыми физическими и химическими свойствами при меньшей молекулярной массе, смолы должны обладать более высокой реакционной способностью. Только таким образом можно значительно повысить сухой остаток, сохранив при этом высокие потребительские качества продукта, его хорошую способность к отверждению. Этим и занялись химики — начали принимать меры по повышению реакционной способности пленкообразователей.

Естественно, физические свойства высоконаполненных материалов уже стали отличаться от свойств материалов MS и LS. Из-за высокой концентрации полимера (который сам по себе намного более реакционноспособный) и значительного снижения количества растворителя, система создается настолько плотной и напряженной (молекул набито столько, что они аж трещат в банке), что это уже не может не повлиять на вязкость.

Высоконаполненные материалы стали более вязкими, что привнесло некоторые изменения в процесс работы с ними. HS-материалы уже за полтора слоя дают возможность достигать толщины покрытия в 50-60 микрон. Содержание сухого остатка в этих материалах удалось повысить до 55-65%.

Толщина HS-материала

Но безгранично уменьшать количество растворителя в краске невозможно — вязкость станет слишком большой. Если бы мы захотели получить получить 100% сухого остатка в банке, в конечном итоге получили бы порошковую краску.

Максимальный предел лежит где-то в районе 82-85%, и этого удалось достичь у современных «сверхнаполненных» UHS/VHS-материалов, многие из которых допускается наносить и вовсе в один слой! (или в полтора, но первый — очень легкий).

Выше наполнить материал уже просто невозможно по определению.

Толщина HD/VHS/UHS-материала

Слово свое «зеленые» сдержали и с октября 2007 года в Европе любое малярное предприятие обязано удовлетворять новым экологическим требованиям.

Если кому интересно, для полного перечня компонентов ремонтной системы максимально допустимые величины VOC в соответствии с современным законодательством выглядят следующим образом:

Максимально допустимые величины VOC

И что интересно, с базовыми эмалями история немного другая. Все мы знаем, что это материалы жидкие, с большим количеством растворителя и тонкослойным нанесением. Низкий сухой остаток и большое количество растворителя способствуют правильной «укладке» металлических пигментов относительно подложки. Если же увеличить содержание сухого остатка по аналогии с акриловыми материалами, металлические частицы уже не смогут правильно ориентироваться, что негативно скажется на визуальных характеристиках покрытия.

Поэтому, чтобы добиться снижения VOC в базовых эмалях, пришлось переделывать их «под воду». Таким образом при низком сухом остатке, за счет замены органических растворителей водой удалось добиться экологичности базовых эмалей. Вода, разумеется, не из-под крана, а специально обработанная. 🙂

Таким образом водоразбавляемые базовые покрытия, а также лаки и грунты на сольвентной основе, но с очень высоким сухим остатком и низким VOC позволяют соответствовать современным экологическим требованиям.

Разработчики ЛКМ даже стали выделять сольвентные продукты, отвечающие этим требованиям, в отдельные группы материалов и давать им особую маркировку. Чаще всего эти материалы можно распознать по наличию в их названии аббревиатуры VOC или словосочетания Low VOC (LV). Если речь о лаках, то такие лаки часто называют просто VOC-лаками.

Подобная маркировка позволяет специалистам ремонтных предприятий при выборе материала не заниматься подсчетом VOC. Если это продукты заслуживающих доверия производителей, то все расчеты уже произведены, и, что самое главное, утверждена их легитимность в органах, контролирующих экологическую обстановку. Ведь часто поставщики пишут на банках: HS, VHS, а проверишь — у большинства в лучшем случае MS, а то и LS. Получается, обманывают и себя, и потребителя, и природу.

Однако дело здесь не только в экологии.

Любой маляр знает, что если некоторое количество готового к нанесению лака оставить в банке, то через некоторое время образуется не твердое вещество, а некая желеобразная субстанция. Дело в том, что, хотя процесс полимеризации протекает во всем объеме материала, испарение растворителей происходит только с его поверхности. А остатки растворителя резко снижают прочность полимера и ответственны за набор твердости лака и его долговременную усадку.

Поэтому, чем меньше растворителя в материале, тем более толстыми слоями его можно наносить, и тем выше прочность образовавшейся пленки.

Кроме того, при равной толщине пленки материалом с большим сухим остатком можно укрыть большую поверхность. Так, одним литром лака HS можно покрыть площадь примерно на треть большую, чем лаком серии MS.

Так что, как видите, все большее внедрение материалов с высоким сухим остатком диктуется не только экологическими, но и чисто практическими мотивами.

Рассуждая об экологии нельзя забывать и о том, как ведут в работе себя те или иные лаки, как правильно понимать: два или полтора слоя лака нанесено и т.п. О практических тонкостях работы с лаками мы поговорим уже в следующей статье.

Загрузить больше
Load More In Материалы

Один комментарий


  1. Петр

    09.06.2017 в 17:08

    Что за бред тут написан. В чем разница между сухим в объёме и массе. Жду ответ. Понятия MS/HS и твёрдость, износостойкость не связанны.

    Ответить

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Нажимая на кнопку "Отправить", я принимаю пользовательское соглашение и подтверждаю, что ознакомлен и согласен с политикой конфиденциальности данного сайта.

Для вас есть подарок!