Soal hal-hal sederhana, rumit. Surat dari seorang ahli kimia ke printer 3D. Pelarut untuk plastik dan perlindungan terhadapnya

DIY didedikasikan ...

Salah satu pertanyaan yang paling sering ditanyakan dalam praktik konsultasi saya adalah masalah yang terkait dengan pembubaran / perekatan plastik menggunakan berbagai pelarut organik. Baru-baru ini, ada gelombang minat nyata dalam kimia senyawa berat molekul tinggi yang terkait dengan munculnya printer 3D yang terjangkau dan kebutuhan untuk menavigasi dalam "tinta" mereka (yaitu, benang filamen polimer). Sekali lagi saya yakin bahwa tidak ada satu pun, bahkan "museum sains" tercanggih dengan pertunjukan spektakuler dapat membuat orang IT tertarik pada plastik sama seperti printer 3D-nya sendiri. Jadi, pembaca, jika Anda pernah berpikir tentang cara merekatkan plastik yang superglue default tidak merekatkan, jika Anda ragu tentang melarutkan dukungan dari bagian yang baru dicetak, dan hanya menarik bagaimana Anda dapat mencuci lem dari label harga toko pada hadiah - tolong kucing Saya juga sangat merekomendasikan bookmark halaman tidak hanya bagi mereka yang sering menempelkan plastik, tetapi juga bagi mereka yang sering harus bekerja dengan berbagai pelarut / pengencer. Selesai untuk Anda sendiri - disumbangkan ke Habr!


Ketika saya menulis beberapa kali dalam komentar untuk artikel saya, baru-baru ini saya kadang-kadang memiliki ide untuk membuat diri saya sebuah "pameran" di mana sampel plastik akan disajikan. Hanya karena hampir setiap pertanyaan kedua dari indra kimiawi terdengar seperti "jenis plastik apa itu." Apa yang dikatakan ini, menunjukkan bahwa kemampuan pencetakan 3D telah menarik perhatian publik terhadap plastik, polimer, dll. yang tidak bisa dilakukan oleh ratusan pendidik sains online. Secara umum, melihat tren ini, kita dapat dengan aman mengatakan bahwa masa depan, masa depan bukan untuk logam, tetapi untuk komposit dan jenis polimer baru. Jadi, orang yang hari ini berpikir tentang memilih bahan kimia khusus - pertimbangkan opsi ini. Karena itu, sekali lagi, hambamu yang rendah hati memutuskan untuk memberikan kontribusi sederhana dan berbicara tentang apa yang harus aku hadapi. Hari ini kita membaca tentang pelarut untuk plastik dan fitur-fitur yang bekerja dengannya. Sebagai permulaan - pengantar teoritis kecil.

"Materiel - bagian itu dengan ibu ..."

Singkatnya tidak akan berhasil tentang pembubaran polimer dengan semua keinginan, karena topiknya banyak dan ambigu (Anda bahkan bisa mengatakan "menarik kursus universitas", halo untuk Anda, Leonid Petrovich Krul , saya membayar utang untuk yang ke-8 menurut Angkatan Laut). Ulasan (baca edukasi) yang bagus untuk orang-orang dengan tingkat melek teknis (kimia dan insinyur) yang cukup tinggi dapat ditemukan di sini . Proses pembubaran akan dibahas di bawah ini, sementara itu beberapa kata tentang pilihan pelarut (atau mengapa sesuatu melarutkan plastik, tetapi sesuatu tidak).

Secara umum, pemilihan pelarut yang cocok dilakukan dengan dua metode:

1. Menggunakan parameter kelarutan Hildebrand . Perhitungan semacam itu diterapkan jika polimer (p) dan pelarut memiliki parameter ikatan polar dan hidrogen yang sama, maka aturan sederhana berikut ini berfungsi:

| δ _s - δ ^p | ≤ 3,6 MPa ^1/2

Sebagai contoh, saya akan memberikan parameter Hildebrand untuk beberapa polimer:


Mereka yang ingin menguji diri mereka sendiri dapat dengan santai menghitung kelarutannya :). Anda dapat dan harus mencari konstanta dalam buku ini . Penting untuk dicatat bahwa parameter Hildebrand hanya berguna untuk campuran non-polar dan lemah dengan tidak adanya ikatan hidrogen (momen dipol <2 D (Debye). Untuk kasus lain, metode 2 digunakan.

Catatan: untuk mereka yang secara tradisional "tahu, tetapi lupa", saya mengingatkan Anda bahwa sesuai dengan standar IUPAC (apa yang dapat mereka temukan dalam artikel di tabel periodik ), pelarut dikelompokkan secara kualitatif menjadi pelarut non-polar, aprotik dan polar protik, untuk dipisah menjadi kelompok-kelompok yang , konstanta dielektriknya sering digunakan. Paling sering, pelarut protik adalah pelarut yang memiliki atom hidrogen yang terikat pada oksigen (seperti dalam kelompok hidroksil), nitrogen (seperti dalam kelompok amino) atau fluor (seperti dalam hidrogen fluorida). Secara umum, setiap pelarut yang mengandung H ⁺ seluler disebut pelarut proton. Molekul pelarut tersebut dengan mudah memberikan proton (H ⁺ ) ke reagen lain. Sebaliknya, pelarut aprotik tidak dapat memberikan proton, karena mereka tidak mengandung H ⁺ . Mereka biasanya memiliki konstanta dielektrik tinggi dan polaritas tinggi. Gambar di bawah ini menunjukkan contoh pelarut umum, yang dipecah menjadi beberapa kelas.


Kami kembali ke pemilihan pelarut. Seperti yang sudah saya tulis, jika Hilderbrant tidak cocok, kami menggunakan Hansen.

2. Dengan menggunakan parameter kelarutan Hansen, untuk setiap zat terlarut dimungkinkan untuk menyusun "volume" perkiraan bola dengan jari-jari R. Hanya pelarut yang memiliki parameter kelarutan Hansen dalam volume ini yang dapat melarutkan polimer ini:

[4 (δ _d2 - δ _d1 ) ² + (δ _p2 - δ _p1 ) ² + (δ _h2 - δ _h1 ) ² ] ^1/2 ≤ R

Jari-jari interaksi R tergantung pada jenis polimer. Nilai R biasanya dalam kisaran 4 hingga 15 MPa ^1/2 . Parameter Hansen yang diperlukan untuk menghitung kelarutan sistemnya dapat ditemukan dalam buku ini. Untuk kejelasan, gambar di bawah ini menunjukkan parameter Hansen (dengan analogi dengan Hilderbrant) untuk beberapa polimer yang umum digunakan.


Jika tiba-tiba seseorang benar-benar perlu melakukan penyaringan target pelarut mereka sesuai dengan metode Hansen, saya sarankan untuk memperhatikan program HSPiP , yang mengatasi tugas ini dengan sempurna. Klik di sini untuk ikhtisar dan deskripsi pekerjaan.

Secara umum, berikut ini bisa dikatakan. Pertama, "aturan emas pembubaran" - seperti larut dalam sejenisnya - bekerja untuk polimer. Yaitu senyawa dengan struktur kimia yang serupa lebih rentan terhadap pembubaran daripada senyawa dengan struktur yang berbeda. Kedua, semakin tinggi berat molekul polimer, semakin dekat harus menjadi parameter kelarutan pelarut dan polimer untuk melarutkan polimer dalam pelarut. Untuk polimer linier dan bercabang, grafik kelarutan versus parameter kelarutan untuk sejumlah pelarut mencapai maksimum ketika parameter kelarutan (Hansen / Hilderbrandt) dari zat terlarut dan pelarut bertepatan. Dalam hal polimer yang berikatan silang, volume pembengkakan, yaitu, penyerapan pelarut, akan mencapai maksimum ketika parameter kelarutan pelarut bertepatan dengan parameter polimer. Ketiga, parameter kelarutan polimer tidak berbeda jauh dengan suhu, sedangkan parameter senyawa dengan berat molekul rendah sering menurun dengan meningkatnya suhu, sehingga semakin tinggi berat molekul polimer, semakin dekat parameter kelarutan pelarut untuk melarutkan polimer dalam pelarut.

Oke, saya harap pembaca tidak terlalu lelah. Saya cepat-cepat pindah dari teori ke praktek.

Pengelasan kimia plastik

Secara tradisional, jika Anda tiba-tiba perlu menyatukan beberapa potong plastik, berbagai metode digunakan. Beberapa dari mereka ditunjukkan pada gambar:


Dalam industri, pengelasan berbasis fisik (seperti ultrasound atau laser) atau ikatan mekanis sering digunakan. Metode ikatan adhesi (perekat, meleleh atau larutan polimer) jauh lebih jarang digunakan. Metode tersebut digunakan ketika merakit etalase plastik di toko, menempelkan berbagai akuarium, lemari pakaian dan penutup. Tetapi pengguna yang paling populer dari metode ini adalah DIY-ery, atau menurut pendapat kami, seorang do-your-yourselfer. Sejak zaman Uni Soviet, penemu dan warga negara sederhana dari semua garis telah menempelkan tubuh kerajinan mereka dari kaca plexiglass dan dichloroethane. Dengan munculnya printer 3D yang terjangkau ke dalam kehidupan kita, solusi polimer menerima kehidupan kedua dalam bentuk dukungan yang dibuat selama pencetakan dan yang perlu dihapus entah bagaimana dalam produk jadi. Tidak selalu mungkin (dan disarankan) untuk melakukannya secara mekanis, sehingga seringkali Yang Mulia "Pelarut Plastik" ikut berperan.

Catatan : berbicara sendiri, meskipun ada kesempatan untuk mencetak model pada printer 3D, saya masih merekatkan plexiglass dengan cara kuno ketika Anda perlu membuat sebuah kotak atau sesuatu yang serupa (tanpa kurva Bezier). Pada KDPV, omong-omong, hanya sebuah contoh “sesaat! Benda ”, yang dilem terpaku dengan larutan merah plexiglass (PMMA) dari kerucut.

Jadi, pengelasan plastik kimia adalah proses menggabungkan permukaan plastik yang dilunakkan dengan pelarut. Pelarut untuk sementara mentransfer polimer ke keadaan "jarang" pada suhu kamar. Ketika ini terjadi, rantai polimer dapat bergerak bebas dalam cairan dan dapat bercampur dengan rantai terlarut serupa lainnya. Setelah beberapa waktu, pelarut karena difusi dan penguapan akan menembus polimer dan bermigrasi ke lingkungan, dan rantai polimer akan menjadi lebih padat (~ dikemas) dan kehilangan mobilitasnya. Bola beku dari rantai polimer terjerat - ini adalah lapisan las dengan jenis pengelasan ini. Secara grafis, mekanisme proses pembubaran plastik ditunjukkan pada gambar di bawah ini:


Biasanya, pembubaran normal meliputi langkah penetrasi pelarut, langkah pembengkakan polimer, dan langkah difusi polimer ke dalam pelarut. Awalnya, polimer yang di-vitrifikasi mengandung banyak saluran mikro dan lubang berukuran molekul (berkaitan dengan apa yang disebut lapisan infiltrasi).


Setelah kontak dengan pelarut, yang terakhir mengisi saluran dan lubang ini dan memulai proses difusi (saluran baru tidak terbentuk pada saat yang sama). Secara skematis, lapisan permukaan dari polimer yang larut terlihat seperti ini (secara kasar, "lem" = massa seperti gel, yang berada di tengah-tengah antara polimer padat dan pelarut cair):


Dengan mekanismenya, saya harap, kurang lebih jelas, sekarang saatnya untuk beralih ke spesifik "apa dan apa." Pada bagian teoretis, saya mencoba menjelaskan secara singkat bagaimana proses penyaringan pelarut untuk jenis polimer tertentu terjadi. Yaitu Belum ada tabel universal dan komprehensif untuk melarutkan polimer.

Tapi topik ini relevan. Konfirmasi adalah kenyataan bahwa cukup sering pada halaman berbagai sumber daya tematik (DIY, 3D, radio amatir, dll.) Muncul pertanyaan dengan frekuensi yang terlihat seperti "apa yang diproses" / "bagaimana merekatkan" / "cara melarutkan" jenis plastik ini atau itu . Sangat menarik bahwa dalam kebanyakan kasus, jawaban diberikan oleh orang-orang dengan kimia polimer (IUD) yang akrab, tampaknya, agak lemah. Akibatnya, ada lebih banyak kebingungan dan "ruang untuk kreativitas" dari semua jenis amatir, penjual, dan ahli Obsekologi lainnya. Secara tradisional, pengguna yang tidak bersalah kehilangan uang dan waktu. Jadi, kita melihat tabel di bawah ini dan kita menggulung kumis.

Kotak gelap di meja di persimpangan garis "polimer" - "pelarut" menunjukkan bahwa pengelasan kimia menggunakan komponen ini tampaknya mungkin. Catatan : kotak di persimpangan "ABS" - "aseton" - dengan huruf H , karena komunitas habr yang meyakinkan saya bahwa ABS menempelkan terutama dengan aseton (saya melarutkan ABS dengan aseton, tetapi kemudian tidak ada yang terpaku dengan solusi ini, untuk hancur).

Jika, sebagai aturan, tidak ada masalah dengan ketersediaan plastik, maka cukup sering ada masalah dengan keberadaan pelarut yang tepat. Masing-masing memutar dengan kemampuan terbaik mereka - seseorang hanya memesan pelarut yang diperlukan, seseorang mencari mereka di pasar loak, tetapi seseorang mencoba untuk mengambil apa yang dijual di toko-toko menggunakan metode empiris. Di bawah spoiler, jika ada, komposisi pelarut yang tersedia secara komersial untuk pernis dan cat (diambil dari chemister ).


Catatan: Saya akan menambahkan beberapa kata tentang polimer yang tidak muncul di tabel. Tentu saja, ini adalah filamen "rakyat" favorit - PLA , yang paling baik larut dalam pelarut aprotik polar: piridin, N-metilpirolidon, etil asetat, propilen karbonat, dioksalan, dioksan, diklorometana, kloroform, aseton (?? - tergantung pada produsen filamen dan PLA terkandung di dalam "aditif", hal yang sama berlaku untuk polimer lain), nitrobenzena, asetonitril, dimetilasetamida, dll. MENGINTIP polimer 3D yang menjanjikan (alias polyetherketone) larut sangat dalam 4-klorofenol (versi yang lebih ketat adalah campuran 80% kloroform dan 20% asam dikloroasetat). Chlorophenol (tidak hanya 4- tetapi juga 2-chlorophenol) juga dapat dilarutkan dalam PET yang tersebar luas dan tercinta. Atas permintaan pembaca, saya akan menyebutkan polimer yang cukup baru dari seri PET, yang disebut PETG (polyethylene terephthalate glikol). Seperti kakak, polimer ini tahan terhadap sejumlah komponen yang umum digunakan, hanya larut dalam HFIP (hexafluoropropanol). TPU lunak dan lentur (poliuretan termoplastik), seperti poliuretan lainnya, dapat dilarutkan dalam N, N-dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran, etil asetat, cyclohexanone, dimethylacetamide. Omong-omong, busa poliuretan juga poliuretan. Saya tidak melihat apa yang ada dalam komposisi cairan khusus untuk pistol cuci untuk busa poliuretan, tetapi saya menduga pasti ada salah satu komponen yang disebutkan di sana. Polimer PCL (polycaprolactone) larut dalam anisole , 2,2,2-trifluoroethanol, N, N-dimethylformamide, methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, diklorometana, aseton, kloroform dan DMSO (dimetil sulfoksida, juga dijual di apotek Dimexide). PDMS (polydimethylsiloxane), banyak digunakan untuk prototyping (terutama di lembaga ilmiah terkait dengan mikro dan nanofluidics), dilarutkan dengan asam asetat glasial. Ngomong-ngomong, banyak silikon lainnya memiliki sifat yang serupa, mulai dari bangunan dua komponen, dan diakhiri dengan stiker yang dilem dengan harga (karena itu, untuk membasuh lem dari label harga dengan plastik ABS, misalnya, ia akan bekerja lebih baik menggunakan semacam esensi cuka). Kesimpulannya, sedikit eksotis. EVA (etilen vinil asetat), PP (polipropilena), PE (polietilen, LD / HD) dilarutkan dalam 1,2,4-triklorobenzena, dan PVT (polivinilpirolididon) - dalam dimetilacetamida.

Keamanan Pelarut

Sejak pelarut, untuk membuatnya lebih halus, ini bukan aroma bunga sakura untuk Anda, masalah keamanan ketika bekerja dengan mereka ada dalam agenda. Sangat menyedihkan melihat bagaimana anak-anak muda kadang-kadang bekerja dengan beberapa aseton, beberapa dengan kloroform, dan beberapa bahkan dengan benzena. Dan aturan TB, mereka dikenal "tertulis dalam darah" ...

Rute utama pelarut untuk memasuki tubuh manusia (dan uapnya) adalah melalui sistem pernapasan dan melalui kulit. Saya tidak mengambil penyimpangan apa pun (seperti menelan), karena seseorang yang waras tidak akan pernah minum benzena. Reagen yang disebutkan memiliki efek narkotika yang dominan, memiliki efek iritasi yang nyata pada selaput lendir saluran pernapasan atas dan konjungtiva mata, moderat pada kulit. Perlindungan terbaik terhadap mereka adalah bekerja di ventilasi pasokan dan pembuangan, dalam kotak khusus. Jika itu terjadi di bengkel khusus atau laboratorium, maka paling sering sudah ada lemari asam .


Jika tidak mungkin mengatur ventilasi yang diperlukan, mereka yang bekerja dengan pelarut organik dilengkapi dengan peralatan pelindung pribadi: respirator, masker gas, alat isolasi oksigen, dll. (tergantung konsentrasi uap). Secara umum, uap pelarut sangat teradsorpsi oleh karbon aktif (dan oleh banyak penyerap lainnya) bukan tanpa alasan, beberapa pelarut secara aktif digunakan untuk mengevaluasi kemampuan penyerapan bahan (disebut "metode eksitasi"). Saya pribadi "mendapat kehormatan" untuk memeriksa kemampuan penyerapan batubara dengan penyerapan karbon tetraklorida CCl ₄ . Sebagian besar uap dapat ditahan oleh masker gas dengan kotak Kelas A atau respirator masker dengan kartrid filter serupa. Sepertinya ini:


Penting dalam deskripsi untuk mencari sesuatu seperti " melindungi terhadap uap senyawa organik (bensin, minyak tanah, aseton, benzena dan homolognya, xylene, karbon disulfida, dll.), Bahan kimia beracun fosfor dan organoklorin, debu, asap, kabut ." Tetapi untuk topeng seperti itu, juga diinginkan untuk memiliki kacamata yang disegel, gelas yang digosokkan pada fogging dengan larutan yang mengandung gelatin, gula dan air dalam perbandingan 2:20:50 . Lebih baik, tentu saja, jika Anda punya uang, segera ambil beberapa jenis masker gas industri atau masker panorama pelindung dan bunuh dua burung dengan satu batu (= hemat poin).


Titik lemah berikutnya setelah bernafas, ketika bekerja dengan pelarut, adalah kulit yang terpapar. Jika seseorang disembunyikan di bawah topeng gas, tangannya tetap ada. Banyak pelarut yang diserap dengan sempurna melalui kulit (toluena, tetrahydrofuran) dan dapat menyebabkan dermatitis dan eksim yang parah (benzena, metilen klorida, kloroform, dll.). Oleh karena itu, pilihan terbaik adalah a) penggunaan sarung tangan pelindung (sarung tangan yang terbuat dari alkohol polivinil - untuk organoklorin, yang lainnya, seperti lateks atau nitril - hanya cocok untuk alkohol, keton), b) penggunaan salep dan pasta pelindung khusus.

Penambahan: tersembunyi di bawah spoiler adalah tabel resistensi dari bahan sarung tangan pelindung untuk berbagai pelarut, ditemukan oleh Kriminalist, untuk yang banyak terima kasih padanya. Sangat disarankan untuk menonton sebelum membeli "peralatan pelindung"


Melakukan pekerjaan dengan pelarut aromatik (toluena, benzena, pelarut, xilena), gunakan pasta: IER-1, -6, -1, YALOT. Ketika bekerja dengan pelarut naphthenic, parafin dan campuran - YALOT, KhIOT-6, IER-1. Komposisi salep yang telah teruji oleh waktu ini (sering juga disebut "sarung tangan biologis") ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Nah, hanya beberapa kata tentang pakaian. Dalam kondisi biasa, tidak masuk akal untuk menggunakan sesuatu yang luar biasa seperti baju pelindung bahan kimia militer. Untuk melindungi tubuh, terusan (dressing gown) terbuat dari kain katun yang cukup. Dalam kasus organoklorin atau aromatik yang sangat agresif, celemek / jubah dengan PVC / PVA atau lapisan karet / neoprene ditambahkan ke dalamnya.

Catatan: di Eropa bahkan ada organisasi khusus ECSA - E uropean C hlorinated S olvents Association (Asosiasi Eropa untuk Pelarut Diklorinasi), yang setiap tahun menerbitkan buletin di mana ia menjelaskan secara rinci peralatan pelindung yang diperlukan ketika bekerja dengan pelarut, bahan, alat, dll.

Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa jika aturan yang dijelaskan diamati, bekerja dengan pelarut tidak hanya menarik, tetapi juga aman. Saya mengambil cuti saya untuk sim, dengan solusi polimer selesai.

PS Di bawah spoiler - tabel dengan MPC / deskripsi tindakan fisiologis pelarut umum. Diadaptasi dari panduan Drinberg S.A. Pelarut untuk cat dan pernis untuk tahun 1986. Jadi baca, tetapi periksa kepatuhan dengan realitas modern (dalam hal akurasi MPC, tidak mungkin dapat meningkat, tetapi menurun - sepenuhnya).
Penting! Jika Anda tidak menemukan pelarut dalam tabel, saya sangat merekomendasikan menggunakan database TOXNET (Hazardous Substances Data Bank - Database Zat Berbahaya di bawah naungan Perpustakaan Medis Nasional AS) dan lihat di sana.


Banding PPS untuk mereka yang meminta untuk memeriksa kelarutan plastik tertentu dalam pelarut - setelah artikel ada tombol indah "Dukung penulis". Jika jumlah yang cukup terakumulasi, kelarutan akan dimungkinkan untuk diverifikasi;) Selain itu, masalah ini dapat diselesaikan melalui sistem konsultasi yang disebutkan di awal artikel .

Penting!Semua pembaruan dan catatan sementara yang darinya artikel-artikel habr terbentuk dengan lancar sekarang dapat dilihat di lab66 saluran telegram saya . Berlangganan agar tidak mengharapkan artikel selanjutnya, tetapi untuk segera di ketahui tentang semua penelitian :)