Процес випаровування летючих рідин описується рівнянням Лангмюр - Кнудсена:
де W - швидкість випаровування; m - маса випарувалася рідини; τ - тривалість випаровування; s-поверхня випаровування; P1 - тиск пара рідкий; M - молекулярна маса; T - температура поверхні випаровування; 0 За рахунок теплоти випаровування поверхня рідини охолоджується, що вносить похибка в визначення швидкості випаровування. Зниження температури поверхні випаровування залежить від летючості розчинника (рис. 21): чим вище летючість розчинника, тим більше зниження температури поверхні. При експериментальних визначеннях летючості розчинників необхідно враховувати передачу теплоти з повітря і від підкладки. З огляду на це зниження температури поверхні, що випаровує можна виразити наступною формулою: де h - коефіцієнт теплопередачі; k - теплопровідність; ΔHісп - теплота випаровування; рi0 - тиск насиченої пари розчинника; Pi00 - тиск пари розчинника над поверхнею; Cn - експериментальний коефіцієнт, що враховує теплопередачу від підкладки; сn можна розрахувати на підставі експериментальних результатів; для ацетону Cn = 4,8. Розрахункові результати мають хорошу збіжність з експериментальними. Так, при випаровуванні води при 25 0C її поверхню охолоджується до 15,6 0C При цьому тиск пари знижується з 3,20 кПа (24 мм рт. Ст.) До 1,73 кПа (13 мм рт. Ст.).
Мал. 21. Зниження температури поверхні при випаровуванні розчинників: 1 - бутилацетат; 2 толуол; 3-ізопропіловий спирт; 4-гексан; 5-ацетон.
Якщо навколишнє повітря має вологість 50%, що відповідає тиску водяної пари 1,60 кПа (12 мм рт. Ст.), То рушійна сила випаровування, що дорівнює різниці тисків пара, в разі відсутності охолодження поверхні при 25 ° С становила б 3,20 - 1,60 = 1,60 кПа (12 мм рт. ст.); коли ж має місце охолодження поверхні, рушійна сила істотно зменшується: 1,73- 1,60 = 0,13 кПа (1 мм рт. ст.). Отже, і швидкість випаровування знижується в 12 разів.
При дифузії розчинника з шару рідини його молекули повинні дифундувати через: а) рідку фазу до поверхні, б) поверхневий шар рідини і в) ламінарний прикордонний шар повітря. Після цього, потрапивши в турбулентний шар оточуючого повітря, пари розчинника несуться. З точки зору дифузії, випаровування рідини описується рівнянням Гарднера:
де а - константа; D - коефіцієнт дифузії молекул рідини в повітря; P-атмосферний тиск; х - ефективна товщина ламінарного повітряного шару над поверхнею випаровування.
Якщо рівняння Лангмюр - Кнудсена (11) справедливо тільки для випаровування розчинника в вакуумі, то рівняння Гарднера (13) можна застосовувати в разі випаровування на повітрі; однак воно також містить константу, значення якої визначається умовами проведення експерименту. Крім входять в рівняння Гарднера параметрів на випаровування істотно впливає також швидкість повітря над поверхнею випаровування.
Ефективна товщина ламінарного шару над поверхнею х залежить як від швидкості повітря, так і від форми посудини, в якому проводиться визначення. Ці параметри, а також протяжність поверхні випаровування, що контактує з потоком повітря, враховує наступне рівняння:
де n-концентрація пари у поверхні; H - відстань від поверхні випаровування до стінки; l- довжина поверхні випаровування; V1 - лінійна швидкість повітря; D - коефіцієнт дифузії молекул розчинника в повітря; ξ - аеродинамічний коефіцієнт зміщення (коефіцієнт захоплення).
Формули (11), (13) і (14) дозволяють висловлювати абсолютну швидкість випаровування. Для технолого-лакофарбовиків найчастіше досить мати відносні величини для порівняння летючості розчинників. Відносну летючість Wотн визначають за тривалістю випаровування певної кількості розчинника в порівнянні з еталонним розчинником, наприклад діетиловим ефіром, бутилацетатом (БА) або ксилолом:
де τВА90% - час випаровування 90% бутилацетата; τ90% - час випаровування 90% даного розчинника.
Для визначення відносної летючості розчинників розроблені різні методи і їх модифікації. В основі цих методів лежить визначення кінетики випаровування розчинників з тонких плівок, оскільки процес випаровування з великих мас розчинників не дає уявлення про характер зникнення розчинника з лакофарбових покриттів.
Для дослідження кінетики випаровування невеликі кількості розчинника наносять на різні підкладки як пористі (ватман, фільтрувальний папір), так і гладкі (скло, алюміній). Щоб підкладка під час досліду змочували рівномірно, поверхню, наприклад, алюмінієвих дисків обробляють розчином лугу. Інша складність полягає у виключенні нерівномірності шару через капілярного ефекту. Залежно від форми і розміру диска, на який наносять розчинник, рідина може або підніматися по його бортикам, або збиратися в середині диска.