تبخیر و سرعت تبخیر عاملی دیگر از دسته بندی حلالها

در این مقاله شرکت کویر شیمی به عامل سوم از دسته بندی حلالها از نقطه نظر عملی  (تبخیر و سرعت تبخیر حلالها) پرداخته است.

در مقاله قبلی دو عامل دسته بندی حلالها که عبارت بودند از:1-از نظر ظرفیت حلال برای مواد خام2-از نظر کیفیت جوش

به اختصار توضیح داده شده.اینک در این مقاله به عامل سوم که تبخیر و سرعت تبخیر میباشد،می پردازیم.و همچنین در این مقاله شرح خواهیم داد که دسته بندی حلال بر اساس سرعت تبخیر به 3 دسته تقسیم می شوند.و امید بر ان داریم تا خواننده را به مقصود خود برسانیم.

تبخیر و سرعت تبخیر -فشار بخار و گرمای تبخیر:

تبخیر و سرعت تبخیر یک ماده–در این مورد یک حلال –به مقدار زیادی بستگی به فشار بخار و گرمای تبخیر ان ماده دارد.
شار بخار یک ماده/حلال،فشار اعمال شده توسط گازی ان است وقتی که در تعادل ترموندینامیکی با فاز مایع یا جامد در دمای معینی باشد،فشار بخار از اهمیت فیزیکو-شیمیایی و فرایند مهندسی برخوردار است.

گرمای تبخیر یک ماده /حلال در فشار ثابت ،مقدار گرمایی است که برای تبخیر مقدار ثابتی از ماده مایع لازم است.
فراریت یک حلال در دمای عادی را باید از روی دامنه جوش یا نقطه جوش تشخیص داد.
حلالهای با نقطه جوش پایین معمولا سریعتر تبخیر می شوند،در حالیکه حلالها با نقطه جوش بالاتر اهسته تبخیر می شوند.
فراریت برای هر دو فرایند عمومیت دارد،یعنی:

الف-تبخیر در دمای جوش
ب-تبخیر سطحی در دمای زیر جوش

 

در همان فشار در هرحالت مقدار معینی گرما برای تبخیر سطحی لازم است:

الف-گرمای تبخیر در دمای جوش
ب-گرمای تبخیر زیر دما،گرمای تبخیر سطحی

هر دو انرژی در ارتباط با حلال ،از بزرگی فیزیکی برخوردارند.سرعت تبخیر را نمی توان از روی حالت جوش محاسبه کرد.
ان را باید به طور جداگانه تحت شرایط مشخصی تعیین نمود.

ثابت شده است که ارایه مقادیر عددی نسبی برای سرعت تبخیر مفید است.این اعداد ،اعداد تبخیر نامیده می شوند.

این مقادیر با این فرض بدست می ایند که اندیس عددی 1 را به سرعت تبخیر یک حلال (برای مثال دی اتیل اتر یا بوتیل استات نرمال)نسبت دهیم و سرعتهای تبخیر حلالهای دیگر را به صورت ضریبی از این رقم در نظر بگیریم.در نتیجه سرعت تبخیر بر اساس دی اتیل اتر=1مساوی است با سرعت تبخیر بر اساس بوتیل استات نرمال =1ضربدر 4

جدول زیر اعداد تبخیر تعیین شده با این روش را همراه با دامنه جوش حلالهای مربوطه نشان می دهد.

حلال	دامنه جوش	عدد تبخیر(دی اتیل اتر=1)
بوتانل نرمال	115-118	33
بوتیل استات نرمال	123-127	14
بنزن	80-81	3
ایزو پروپانل	80-81/5	10

بوتانل نرمال در دمایی 9درجه زیر بوتیل استات نرمال می جوشد اما سه مرتبه اهسته تر تبخیر می شود.
ایزوپانل تقریبا همان دامنه جوش بنزن را دارد،اما 3 مرتبه اهسته تر تبخیر می شود.

دسته بندی حلالها مطابق با درجه فراریت انها به شرح زیر می باشد:

1-حلالهای با فراریت بالا 10>
2-حلالهای با فراریت متوسط 35-10
3-حلالها با فراریت پایین 25<

بسته به روش به کار رفته در تعیین سرعت تبخیر یک خطای اضافه بر 5% بر اعداد تبخیر بالای 15 درصد ،وجود دارد.این خظا با بالا رفتن عدد تبخیر افزایش می یابد.
در استاندارد دی پنتن روشی شرح داده شده تحت شرایط معینی ،یک افت وزنی به درصد به صورت یک عدد تبخیر فراهم می شود.
معمولا فراریت بالای حلالها برای صرفه جویی در وقت در لاک کاری مطلوب است.در هر حال اگر فقط حلالهای بسیار فرار بکار روند،نتایج نامطلوب(تغییر رنگ،کدری و جریان ضعیف)صورت می گیرد.

از طرف دیگر اگر حلال با فراریت بیش از حد پایین به محلولهای لاکی اضافه شود ،ممکن است در ابتدا به نظر برسد لایه بسیار کشدار(الاستیک)و درخشنده است،اما بعدا به تدریج که حلالها با فراریت کم به تبخیر ادامه می دهد،لاک هر دو قابلیت ارتجاع و براقیت را از دست می دهد.

تحت شرایط نا مطلوب ،در نتیجه این پدیده ،سطح ممکن است کدر شودو ترکها ممکن است در پوشش گسترش یابند.

به عبارت دیگر مقدار زیادی حلالها با فراریت کم در ابتدا به ظاهر یک اثر شکل پذیری پلاستیسیته می دهد،اما این اثر تحت نفوذ نور ،هوا و شرایط جوی سریعا ناپدید می شود.

درخشندگی دائمی و قابلیت ارتجاع (الستیسیته)با دوامی فقط می تواند در اثر نرم کننده های (پلاستی سایزرها)واقعی و رزینهای نرم حاصل شود.
اشکالات شرح داده شده ،در اثر مصرف حلالها با فراریت متوسط کاهش میابند.

به این دلیل معمول است حلالها ی با فراریت بالا و متوسط را تا انجا که ممکن است بکار برد و حداقل حلالهای خالص با فراریت کم را برای تکمیل کردن و بهبود جریان اضافه کرد.

مقادیر زیاد فقط در موارد خاصی مصرف می شوند،مثلا در لاکهای قلم مویی.مواردی وجود دارند که برای رسیدن بقدر کافی سریع یا مواد جامد موجود بطور غیر معمول زیاد،حتی حلالهای با فراربت متوسط بکار نمی روند.برای مثال در لاکهای اب بندی کننده در بطریها و نیز در چسبها.

مواردی وجود دارند که برای رسیدن به خشک شدن بقدر کافی سریع یا مواد جامد موجود به طور غیر معمول زیاد،حتی حلالهای با فراریت متوسط بکار نمی روند،برای مثال در لاکهای اب بندی کننده در بطریها و نیز در چسبها.

تبخیر و سرعت تبخیر؛ یکی از مهم‌ترین معیارها در دسته‌بندی و انتخاب حلال‌های صنعتی

در صنعت رنگ، رزین و تولید انواع تینر، پارامترهای مختلفی برای شناخت، انتخاب و طبقه‌بندی حلال‌ها وجود دارد. یکی از مهم‌ترین این ویژگی‌ها، سرعت تبخیر (Evaporation Rate) است. سرعت تبخیر تعیین می‌کند که یک حلال تا چه اندازه سریع یا کند نسبت به حلال‌های مرجع بخار می‌شود. این پارامتر نه‌تنها در کیفیت نهایی رنگ و پوشش، بلکه در سهولت کاربری، سرعت خشک‌شدن و ایجاد سطحی یکدست نقش حیاتی دارد.

 

تبخیر و سرعت تبخیر چیست و چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

سازمان‌های استاندارد و تولیدکنندگان رنگ و تینر، معمولاً یک حلال را به عنوان مرجع تبخیر معرفی می‌کنند. در اکثر منابع جهانی، اتیل‌استات (Ethyl Acetate) با سرعت تبخیر ۱ به عنوان مبنا انتخاب می‌شود.

سپس تبخیر سایر حلال‌ها به صورت نسبی نسبت به این عدد سنجیده می‌شود:

اگر سرعت تبخیر حلالی کمتر از ۱ باشد → تبخیر کندتر از اتیل‌استات

اگر سرعت تبخیر بیشتر از ۱ باشد → تبخیر سریع‌تر از اتیل‌استات

عدد بزرگ‌تر یعنی تبخیر سریع‌تر و فرّاریت بیشتر

به عنوان مثال:

سرعت تبخیر 0.4 → حلال کند تبخیر

سرعت تبخیر 3 → حلال بسیار سریع تبخیر

 

چرا تبخیر و سرعت تبخیر در صنعت رنگ و تینر اهمیت دارد؟

سرعت تبخیر یک ویژگی ساده نیست؛ بلکه به‌صورت مستقیم روی کل فرآیند رنگ‌آمیزی و کیفیت نهایی اثر می‌گذارد.

۱) تأثیر بر سرعت خشک‌شدن رنگ

خشک‌شدن رنگ ارتباط مستقیمی با میزان و سرعت خروج حلال از لایه رنگ دارد.

حلال‌های سریع‌تبخیر → خشکایی فوری، خطر تشکیل حباب و کدری

حلال‌های کند‌تبخیر → خشکایی طولانی، احتمال آلودگی گرد و غبار

برای ایجاد خشکایی کنترل‌شده و یکنواخت معمولاً ترکیبی از حلال‌های کند، متوسط و سریع استفاده می‌شود.

 

۲) کیفیت یکنواخت سطح رنگ

حلال مناسب با سرعت تبخیر صحیح، باعث ایجاد یک لایه:

صاف

بدون شره

بدون پوست پرتقالی

بدون ترک یا چین‌خوردگی

می‌شود.

اگر حلال خیلی سریع تبخیر کند، سطح ممکن است زودتر از عمق لایه خشک شود و مشکلات ظاهری به‌وجود آورد.

۳) قدرت حل‌کنندگی و سازگاری با رزین‌ها

حلال‌های سریع معمولاً فرّارتر و قوی‌تر هستند؛ اما در برخی رزین‌ها ممکن است موجب:

ایجاد پین‌هول (Pinholes)

ایجاد کف روی سطح رنگ

خشکایی بیش‌ازحد سریع و شکنندگی

شوند.

در مقابل، حلال‌های کند تبخیر معمولاً برای ایجاد جریان‌پذیری بهتر (Flow) و حذف رد قلم و پیستوله مناسب‌اند.

 

۴) نقش سرعت تبخیر در تولید تینرهای تخصصی

در تولید انواع تینر، از جمله:

تینر فوری (NC)

تینر پلی‌یورتان

تینر اپوکسی

تینر روغنی

تینر شست‌وشویی

تینر چندمنظوره

ترکیب سرعت‌های تبخیر تعیین‌کننده کاربرد و کیفیت نهایی محصول است.

برای مثال:
تینر فوری باید تبخیری متعادل داشته باشد تا سطح هم زود خشک شود و هم سفیدک نزند.
تینر پلی‌یورتان باید تبخیری آهسته‌تر داشته باشد تا زمان کافی برای پخش یکنواخت فیلم رنگ ایجاد شود.

 

دسته‌بندی حلال‌ها بر اساس تبخیر و سرعت تبخیر

حلال‌ها به‌طور کلی در سه گروه بزرگ طبقه‌بندی می‌شوند:

 

۱) حلال‌های کند تبخیر (Slow)

مثل:

بوتیل‌استات

ایزو بوتانول

برخی آروماتیک‌ها (تولوئن و زایلن تا حدی)

کاربرد:
رنگ‌های خودرو، پلی‌یورتان‌ها، رنگ‌های هواخشک، تینرهای صنعتی با نیاز به زمان باز بالا.

 

۲) حلال‌های متوسط تبخیر (Medium)

مثل:

زایلن

MEK (متیل‌اتیل‌کتون)

MIBK

کاربرد:
تولید تینرهای عمومی، تینر فوری، رنگ‌های صنعتی و خودرویی.

 

۳) حلال‌های سریع تبخیر (Fast)

مثل:

استون

اتیل‌استات

متیل‌استات

کاربرد:
تینرهای شست‌وشو، رقیق‌کردن رنگ‌های فوری، پاک‌سازی تجهیزات، رنگ‌های نیتروسلولزی.

 

سرعت تبخیر چگونه انتخاب صحیح حلال و تینر را تعیین می‌کند؟

برای انتخاب حلال یا تینر مناسب باید به عوامل زیر توجه کرد:

نوع رزین و سازگاری شیمیایی

دمای محیط اجرا

نوع پوشش (فوری، روغنی، صنعتی، خودرویی)

روش اجرا (قلم، غلطک، پیستوله)

ضخامت لایه رنگ

زمان خشکایی مورد نیاز

ترکیب سرعت‌های مختلف تبخیر، کلید تولید تینرهای حرفه‌ای و کیفیت نهایی پوشش است.

 

جمع‌بندی

تبخیر و سرعت تبخیر یکی از اساسی‌ترین معیارها در دسته‌بندی و انتخاب حلال‌هاست. این ویژگی تعیین می‌کند که حلال چگونه روی رفتار رنگ، کیفیت نهایی سطح، زمان خشک‌شدن و عملکرد تینر اثر می‌گذارد. در صنایع رنگ و رزین، انتخاب صحیح سرعت تبخیر باعث بهبود یکنواختی، جلوگیری از عیوب سطحی و افزایش ماندگاری پوشش می‌شود.