Самодельные нейтральные флюсы на канифоли. Правда и вымыслы

Давно собирался провести практическое расследование по этому поводу. Ибо то, что пишут в интернетах — зачастую противоречиво или из области фантазий. То, что показывают на видео вызывает ряд вопросов. А т.н. «нагревание на водяной бане» нередко трактуется достаточно вольно и даже может привести к началу обугливания конечного продукта (флюса).

Надеюсь, что данный отчет кому-то покажется интересным и даст идеи для самостоятельных экспериментов в этой области.

Введение

Триггером для опытов по растворению канифоли явились сообщения о возможности использования масляных растворов канифоли в качестве альтернативы всенародно любимого СКФ (спирто-канифольного флюса), который по ОСТ 4Г 0.033.200 именуется как «ФКСп».

Как известно, ОСТ 4Г 0.033.200 «Припои и флюсы для пайки, припойные пасты» — это как бы главный документ для любого флюсодела в нашей стране. И некая условная печка, от которой имеет смысл начинать танцевать.
Но не суть. Главное, что есть ряд сообщений о том что в качестве растворителя канифоли могут быть использованы всяко-разные масла, начиная с нашего родного, подсолнечного. Но самое удивительное, что в ОСТ 4Г 0.033.200 я не нашел упоминаний о масляных растворителях и вазелине в составах флюсов. Хотя в былые времена вазелин упоминался в книжках по пайке. Или я чего-то упустил?

---

К примеру, есть вот такой видос, где автор растворяет канифоль в подсолнечном масле.
В комментах к данному видео предлагаются всяко-разные альтернативы, но особенно меня заинтересовал вариант с вазелиновым маслом. Вот с него и начнем, а потом попробуем растворять в подсолнечном.

Часть 1. Опыты

У меня было изначально: медицинское вазелиновое (парафиновое) масло, несколько кусков фольгированного FR-4 (стеклотекстолит), китайский паяльник, в меру кривые руки и некоторая неуверенность, что из данной затеи что-нибудь получится.

А в интернет-лавках был куплен медицинский вазелин и прочее недостающее:
Припой по отзывам — вменяемый ПОС-61 (он таковым и оказался).
Канифоль — тоже вменяемая. Прозрачная, светлая. Натуральная, сосновая, живичная. Здесь ключевое слово — «живичная», ибо пахло хвойным лесом, а не туалетом у бензоколонки (см. Часть 2).

1.1 Канифоль +вазелиновое масло

Из интернетов:

«Если хочется такой же потенциально безвредный флюс, но в виде более удобного при пайке геля, рецепт так же простой: берем вазелиновое масло (продается как слабительное в аптеках), либо вазелин (менее чистый, лучше все-таки поискать вазелиновое масло медицинской очистки в аптеках). Разбавляем с толченой в пакетике канифолью 1 канифоли к 1.5 вазелинового масла. Либо 1 к 1, как больше понравится консистенция. Топим на газу или водяной бане обязательно в стеклянной или керамической посуде до полного растворения канифоли. Если топить в металлической посуде, то канифоль потеряет свои свойства снимать окислы. После растворения канифоли нужно подождать пока получившийся флюс-гель остынет и расфасовать в медицинские шприцы 10 мл…
Вазелино-канифольный гель отлично лудит, при нагреве удобно растекается, безопасен для лёгких, почти не дымит и не пахнет. Полностью отмывается Фейри. Но если остаётся немного не отмытых остатков канифоли, можно пройтись еще и изопропиловым спиртом.»

Я делал так.
1) Измельчение канифоли начинается прямо в пластиковой банке. Для этого аккуратно постукиваем по боковинам банки с закрытой крышкой. При этом часть канифоли сразу превращается в пыль, а часть остается в виде кусочков до 1-2 см в диаметре.
2) Далее эта разнородная масса пересыпается внутрь листа А4, сложенного пополам, открытые края загибаются вверх. И опять очень легкие постукивания молотком***. Почти вся канифоль разбивается в пыль и частично слипается. Бляшки слипшейся пыли легко разрушаются пальцами.
***Некоторые используют для этой операции прокатку стеклянной бутылкой. Результат аналогичный и слипание аналогичное.
3) В качестве емкостей для растворения я использовал медицинские баночки для анализов 60 мл. Предварительно проверил — они выдерживают нагревание до 100ºС (пластик не размягчается) и даже не теряют герметичность. Для этого заливал кипящей водой почти под самый верх, закручивал крышку и давал охладиться почти до комнатной температуры. За счет уменьшения объема боковина проминалась внутрь, но после разгерметизации форма легко восстанавливалась.
4) В баночку налил 10.00 г масла. Доводку до требуемой массы сделал в помощью шприца с иглой. Надо сказать, что в шприц с тонкой иглой масло лезет крайне неохотно, при полном отведении поршня вверх удалось закачать ~1-1.5 мл масла, но этого вполне хватило для точной доводки.
5) Потом обнулил весы и стал подсыпать толченую канифоль до 10.00 г. Кстати, ложечка для отбора анализов, которая идет в комплекте с нескорыми баночками оказалась весьма удобной. 1 ложка с горкой мелкодисперсной канифоли — это примерно 1/4 г.
6) Вместо классической водяной бани
использовал миску с кипятком.
Для первоначального прогрева закрыл крышкой и сверху поставил утяжеление.
7) Потом открыл крышку и стал размешивать зубочисткой в баночке, погруженной в горячую воду. Подостывшую воду менял на кипяток каждые 8-10 мин. Канифоль частично растворилась, частично размягчилась/расплавилась и собралась на дне. Этот слой приходилось постоянно расковыривать, чтобы хоть как-то интенсифицировать процесс.
8) Где-то после часа такой свистопряски подплавленная канифоль на дне полностью потеряла зернистую структуру и скаталась в некий прозрачный «чупа-чупс».

• «чупа-чупс» весит 4.34 г
• канифоль в р-ре — 5.66 г
• 5.66/15.66=0.361
• концентрация канифоли в растворе, близком к насыщенному ~35%
• забегая вперед, хочется отметить, что растворимость канифоли в расплавленном вазелине еще хуже (<27%), а раствор 1:1 — это очередная интернет-фантазия.

1.2 Канифоль + подсолнечное масло

В целом, было очень похоже на смешивание с вазелиновым маслом. Единственное, что изменил, это добавлял канифоль не всю сразу, а постепенно, небольшими порциями, по мере растворения на импровизированной «водяной бане».
Но оказалось, что природу не обманешь. Как и в случае вазелинового масла, в очень горячей воде порошок не только вяло растворяется, но еще размягчается, подплавляется, слипается и медленно скатывается в очередной «чупа-чупс»
«Чупа-чупс» получился в 2 раза легче, чем в случае первого масла. Просто я перемешивал не 40-50 мин., а меньше.
А масса смеси в баночке около 17 г. Но там на дне остались избыточные гранулы канифоли (которые через пару суток хранения растворились не все, но многие). Поэтому концентрацию полученного раствора можно оценить тоже как ~35%.

1.3 Канифоль + изопропиловый спирт (СКФ)

Растворы СКФ были нужны для сравнения с масляными.
Использовал изопропиловый спирт (изопропанол), так как купить относительно чистый этанол ныне весьма проблематично.
Как получить СКФ знает любой: порошок канифоли добавляется в спирт (этиловый или изопропиловый) до тех пор пока не перестанет растворяться. Потом, в процессе использования, в смесь добавляются дополнительные порции канифоли или спирта.

Относительно растворимости канифоли в спиртах внятной информации я так и не нашел.
Оно и понятно — канифоль бывает разная (см. раздел 2), а значит и растворимость должна гулять в некоторых пределах.
Судя по табличке в ОСТ 4Г 0.033.200 растворимость в этиловом спирте как минимум 60%. А в изопропаноле должна быть поменьше, ибо эти спирты весьма близки и по химическому строению и как растворители, но молярная масса этилового 46 г/моль, а изопропилового 60 г/моль. При одинаковой массе, в этиловом спирте молекул растворителя на четверть больше, чем в изопропиловом.
Интересно, что в советских справочниках и книжках по пайке (в конце статьи будет ссылка на подборку в облаке) для производства сплошь и рядом рекомендовались максимум 30%-ные растворы.

---

И я решил проверить, что же там происходит при приготовлении СКФ на изопропаноле.
Для начала растворял порошок канифоли, пока после очередной небольшой порции она перестала растворяться в течении 5-7 мин.
Но прошло около часа и осадок благополучно растворился.
Расчетная концентрация составила всего лишь 28%.

Тогда пошел ва-банк и сделал смесь 1:1.
Понятно, что половина канифоли сразу не растворилась, но я на это и не надеялся. Смысл был в получении насыщенного р-ра. Каково же мое было удивление, что на третьи сутки канифоль растворилась вся.
Насыщенный раствор я так и не получил, но теперь знаю точно, что для изопропанола СКФ-50% — это вполне реально и это еще не предел. Надо только подождать несколько дней.

1.4 Канифоль + вазелин

Для полноты картины сделал замес канифоли на медицинском вазелине.
И, как оказалось, не зря — результат был неожиданен и неприятно удивил (см. п.1.5).
Понятно, что опять делал на «неправильной» водяной бане без непрерывного нагревания и путем добавления порошка малыми порциями при постоянном перемешивании смеси.
А после охлаждения получил вот такую красоту. По цвету и консистенции напоминает прошлогодний цветочный мед, когда его делают не на продажу (подкорм сахаром), а «для себя»:
Если бы канифоль растворилась вся, то концентрация оной составила ровно 27.0%.
Но чуда не произошло и на дне есть немного нерастворённой канифоли, я ее наковырял ближе к стенке что бы лучше было видно:
Поэтому для вазелина условно примем содержание канифоли ~25%.

---

Есть интересное видео, где автор после 8 минуты сообщает состав двух самодельных канифольных флюсов на вазелиновой основе. Канифоли там выше крыши (>50%), а до этого пару раз упоминается о приготовлении на водяной бане. Правда, сам процесс приготовления не показан и совершенно непонятно, как на водяной бане можно довести смеси до начала обугливания. Похоже, водяной баней там не пахнет, есть значительно более сильное нагревание.
Тем не менее, флюсы получены вполне рабочими, в конце видео — примеры пайки на фольгированном стеклотекстолите.

1.5 Что имеем в итоге

Групповой снимок в двух ракурсах, пока думаю какой вариант удалить:

►Плата для залуживания, разделенная на полигоны:

► Из первичной подготовки — только протер спиртом.
Как и ожидалось, без зачистки залуживается плохо, ибо флюсы не активированы. Жалом в виде топорика долго приходится шмурыгать по окисленной поверхности, пока припой начнет вяло переходить с жала на плату. При этом все флюсы отлично смачивают поверхность и с удовольствием растекаются.
Слева направо: канифоль(100%), канифоль(35%)+ваз.масло, канифоль(50%)+изопропанол (СКФ)

► Пришлось слегка зачистить и протереть спиртиком.
Как и ожидалось, после зачистки залуживается достаточно легко, но только в 4 случаях из 5.
Слева направо: канифоль(100%), канифоль(35%)+ваз.масло, канифоль(35%)+подс.масло, канифоль(50%)+изопропанол (СКФ), канифоль(25%)+вазелин:
• Флюс на вазелине показал себя на удивление плохо. Понятно, что там канифоли меньше, чем в остальных. Но не настолько же…
• Показалось, что СКФ залуживал чуть бодрее, чем остальные, включая канифоль без всего. Но он шибко липкий, фактически — жидкий клей.
• Канифоль(100%) — самая дымная, запах общеизвестен.
• Самый приятный запах у дыма от канифоли с вазелиновым маслом: несильный, хвойный.
• Канифоль(35%)+подс.масло — дым слабо пахнет растительным маслом, начинающим обгорать на боковине сковороды. Но не особо напрягает.
• Запахи на жале от СКФ и вазелина достаточно нейтральные и не запомнились.

Часть 2. Дополнительная информация (если кому нужно)

2.1 Про классификацию флюсов по степени агрессивности

Статья Артамонова на Хабре

2.2 Про канифоль на Википедии

В принципе, явных багов я не нашел. Но некоторые моменты могут дать не совсем верное представление о том, как оно на самом деле.
К примеру, в этом предложении сразу 2 неточности/нюанса:
Давайте заглянем в книжку Химия и технология органических веществ на основе побочных продуктов ЦБП: учеб. пособие.
Для нормального человека там слишком много химии, но в нее мы углубляться не будем.

► Среднестатистический читатель под канифолью обычно понимает т.н. живичную канифоль, а там смоляные кислоты — почти все их содержимое. И 95% — это как минимум.
А вонючие талловую и экстракционную канифоль оставим для дальнейшей переработки в промышленности. Из них можно получить много всего интересного и полезного.

► В зависимости от вида сырья и способа получения различают канифоль:
— живичную (получают отгонкой скипидара из очищенной живицы)
— экстракционную (получают экстракцией измельченной древесины просмолённых сосновых пней органическими растворителями, преимущественно бензином)
— талловую (получают фракционной разгонкой сырого таллового масла — продукта переработки сульфатного мыла)
Про талловое масло — вики

► По поводу преобладания абиетиновой кислоты в канифоли. Все смоляные кислоты по химическому строению (и ряду свойств) можно разделить на 2 большие компании: группа абиетиновой к-ты и группа пимаровой к-ты. То, что относится к абиетиновой группе я пометил буковкой «А».
Нетрудно прикинуть, что в случае обыкновенной сосны (а это практически вся живичная канифоль, которая продается как флюс для пайки) содержание всех кислот абиетиновой группы составляет 39...58%. Причем, в процессе отгонки скипидара из живицы они постоянно переходят друг в дружку. И какая часть приходится именно на абиетиновую никто не знает до проведения специального анализа. При этом в той же сосне одной только левопимаровой к-ты может сразу же оказаться 36%. И она не будет переходить в другие изомеры в процессе отгонки скипидара.
Как влияет процентное соотношение смоляных кислот в составе канифоли на качество флюсов для пайки мне пока неведомо. Просто имейте ввиду, что 2 банки канифоли от разных производителей, на которых написано «сосновая, натуральная живичная, высший сорт (или марка А)» в принципе могут отличаться в каких-то нюансах.

2.3 Можно ли длительно хранить мелкодисперсную канифоль (порошок) для приготовления флюсов

Данный вопрос возник после обнаружения на Ягодах интересного лота
И я подумал — а почему бы не купить готовый порошок за вполне разумные деньги и пропустить немного муторную операцию измельчения кусковой канифоли?
Только смущал один момент — во многих местах (кроме с викей) висели грозные предупреждения типа такого:
Только было непонятно, насколько сильно это влияет на флюсующую способность канифоли. И прежде всего — насколько сильно меняется кислотное число***?

Оказалось — незначительно.
Правда, для этого пришлось найти в интернетах сканы книжки, опубликованной еще до полета Гагарина
где было написано, что кислотное число меняется всего на 5% и не стоит сильно переживать по этому поводу

В конечном итоге, тот порошок из канифоли я так и не купил. По ряду целому ряду причин, начиная с того мне 200 г мелкодисперсной канифоли было избыточно много.
Куда ее потом?

2.4 Растворители для канифоли (смывка)

В общем-то общеизвестно.

2.5 Насколько сходны вазелиновое и подсолнечное масла с т.з. химии

Ну, примерно как летучая мышь и бабочка. У той и у другой есть крылья и они умеют летать. А еще они относятся к одному царству — животные.


• Вазелиновое масло (жидкий парафин) — смесь самых простых и незамысловатых по строению органических молекул — предельных углеводородов с углеродными цепочками С₁₀-C₁₅.
Если взять твердый парафин (то, из чего делают свечи) и разорвать все его молекулы (С₁₈-C₃₅) напополам, то получится жидкий парафин, который в миру часто называют «вазелиновое масло». Так красивше.

• Подсолнечное масло — тоже смесь, но не предельных углеводородов, а сложных эфиров трёхатОмного (в молекуле три ОН-группы) спирта глицерина и ряда карбоновых кислот с длинными углеводородными хвостами. Реакция, по которой это все получается называется реакцией этерификации и проходится в ср. школе.

2.6 Какое растительное масло лучше для флюса

Деревенская «олия» и «нерафинированное, первый холодный отжим» очень душистые, ибо там куча всякой летучей органики. Конечно, что бы заправлять некоторые салаты — это хорошо, но для приготовления масляно-канифольного флюса лучше подходит рафинированное дезодорированное. Меньше лишних компонентов, менее ядреный запах при пайке, да и дешевле оно. ИМХО.

2.7 Вазелин в флюсостроении

► Замечателен тем, что:
— своей гелеобразной консистенцией
— нетоксичен
► Но имейте ввиду, что по ГОСТ 3582-84. «Вазелин медицинский»:

2.8 Небольшая библиотечка в облаке

ТУТ
Файлы, которые пронумерованы, заметно интереснее, чем остальные. ИМХО.

Заключение

1. Масляные флюсы пока показались как вполне удобоваримые. Шустро расползаются по металлическим поверхностям (подобно СКФ), но при этом они их делают жирными. Я уже проверил — изопропанолом масляные пленки смываются/оттираются влет. Даже через 2 суток после пайки. Вообще, новоиспечённые флюсы надо попользовать некоторое время и тогда уже сделать заключение об их полной или частичной применимости.

2. СКФ всем хорош, но он липкий, зараза. Ибо это хотя и жиденький, но клей. А после замены этанола на пропанол стал еще и неприятно фонить.
У меня раньше был покупной СКФ на этаноле и мне он не особо нравился — вся эта возня с кисточкой, открутил-закрутил, случайно капнул не туда… А главное, мне до сих пор кажется, что в том магазинном было что-то не то: толи концентрация канифоли маленькая, толи набодяжили чего лишнего.
Полученный на днях СКФ-50% намного лучше как флюс. Небо и земля. А главное, я теперь точно знаю качественный и количественный состав смеси. Уже только из-за этого вся затея имела смысл.

3. Почему так плохо работает вазелиновый флюс пока не понятно. Неужели разница между 25 и 35% канифоли настолько принципиальна?
Возможно, имеет смысл попробовать смешивать вазелиновый флюс с масляными флюсами. Первый приобретет дополнительную флюсующую способность, а масла загустеют.

P.S. Если автор делал что-то не то или не так — пишите. Только более-менее аргументированно.

Всего доброго.