Лако-красочные материалы — производство

Для получения кривой эффективности смачивания прово­дится ряд измерений с растворами пленкообразователя в раз­личных растворителях и различной концентрацией, разными диспергаторами и пигментами. На графике откладывают объем­ное содержание пигмента в конечной точке при испытании на пластографе и содержание пленкообразователя в пигментной пасте. Эта кривая является характеристической для данной системы и позволяет выбрать пленкообразователь или дисперги­рующий раствор с наилучшей смачивающей способностью, кото­рые необходимо использовать для диспергирования данного пигмента. Она также позволяет классифицировать различные пленкообразователи по эффективности смачивания, что необхо­
димо’ для последующей оптимизации составов. При оценке плен — кообразователей желательно исключить из стандартной пигмент­ной пасты различные смачиватели и добавки.

Однако их необходимо вводить в рецептуру и требуется оце­нивать их влияние при выборе оптимального состава пигмент­ной пасты. В большинстве случаев они не оказывают сущест­венного влияния на выбранный состав.

По результатам испытаний на пластографе для различных концентраций растворов пленкообразователя рассчитывают объ­емную концентрацию пигмента (ОКП). В рассмотренном ниже примере в качестве пигмента был испытан технический углерод, пленкообразователи — алкидная смола (а) и азотсодержащая смола (п). Полученные результаты представлены ниже:

Сухой остаток раствора плеико — образователя, %

10

15

20

30

Общий объем раствора пленкообразователя, мл Смола (а) Смола (п)

50

45

43,6

57

Соответствующие зна­чения ОКП Смола (а) Смола (п)

14,25

15,47

16,04

12,75

Приведенные данные, а также кривые эффективности сма­чивания (рис. 7.3), показывают, что смола (п) характеризуется лучшей смачивающей способностью и поэтому ее следует исполь­зовать для диспергирования технического углерода. С другой стороны, поскольку смола (а) хуже смачивает технический угле­род, она не будет ухудшать стабильность пигментной пасты, если ее добавлять после введения смолы (п).

Рис. 7.4, а. Кривые эффективности смачивания для некоторых пигментов:

/__ Темный лимонный хром (Хром желтый); 2 — Монастраль голубой ИВЫ (Фталоциа-

Ниновый голубой); 3— Монастраль зеленый (Фталоцианиновый зеленый); 4 — Ру­на ИН472 (Диоксид титана белый); 5 — Фиблэк АГч!550 (Уголь черный); 6 — Перманент­ный красный РЗИК70 (Нафтол красный)

Рис. 7.4, б. Кривые эффективности смачивания для Монолита красного V в некото­рых растворах пленкообразователей:

/ — средний алкид в алифатическом углеводороде; 2 — полиметилметакрилат в смеси эфира и ароматического углеводорода; 3 — акриловый сополимер в ароматическом угле­водороде; 4 — жирный алкид в смеси алифатического и ароматического углеводородов; 5 — другой жирный алкид в смеси алифатического и ароматического углеводородов; 6 — другой акриловый сополимер в смеси алифатического и ароматического углеводородов

При 15%-м сухом остатке наибольшее количество пигмента приходится на единицу объема пигментной пасты и время дис­пергирования минимально.

Формы кривых эффективности смачивания для различных пигментов и растворов пленкообразователей различны и спе­цифичны (рис. 7.4).

Причины использования объемного показателя (ОКП) вме­сто массового становятся понятными, когда по результатам испытаний начинают рассчитывать рецептуры пигментных паст, применяемые на практике. С помощью ОКП очень просто можно рассчитать оптимальные составы пигментных паст для различ­ных способов диспергирования в промышленных условиях.

Данные лабораторных испытаний можно непосредственно использовать при переходе на промышленное оборудование. При этом в лабораторных условиях только для оптимального состава проверяются скорость и степень диспергирования.

Вообще (см. рис. 7.5, а и б) при значениях сухого остатка ниже оптимального (нестабильная область) в ходе процесса Диспергирования может произойти частичная реагрегация из-за недостаточного количества стабилизирующего пленкообразова­теля в пасте. С другой стороны, при значениях сухого остатка выше оптимального перестабилизированная область будет непро-

10 20 30

Сухой остаток

Рис. 7.5, а. Расположение частиц:

/ — нестабильная область (низкий сухой остаток); II — оптимальный сухой остаток; 111 — перестабнлизнрованная область (высокий сухой остаток); IV — рефлокулированный агрегат; V — устойчивый; VI — стабильный, но воздействие процессов смачивания и диспергирования уменьшено.

/ — частица пигмента; 2 — якорная группа: 3 — стабилизирующая полимерная цепь

Рис. 7.5, б. Влияние сухого остатка раствора пленкообразователя на ОКП:

/ — недостабилизированная область; II — оптимум; III — перестабилизированная

Область.

Порционально увеличивать время диспергирования для достиже- ния требуемой степени перетира. В случае необходимости можно принимать компромиссное решение (чувствительные пигменты, составы с низким содержанием растворителей) и использовать значения сухого остатка и, соответственно, ОКП выше оптималь­ных, определенных по кривой эффективности смачивания.

Для классификации диспергаторов и растворов пленкообра — зователей независимо от их смачивающей или диспергирующей эффективности в качестве дополнительного и важного пара-

Г 7 ~Точка~/~/~ когерентности

Начало титрования к конечной точке;

V Полный объем — раствора смолы; гЛ28,1 см3гУУ

: Дисперсионная стадия:

Минуты

Рис. 7.6 Пластографическая кривая

Метра можно использовать работу, затраченную на смешение при диспергировании (площадь, ограниченная пластографиче­ской кривой под точкой когерентности). Чем меньше работа, тем выше эффективность смачивания диспергатором или раство­ром пленкообразователя. Типичная пластографическая кривая представлена на рис. 7.6.

Так как для испытываемой системы условия стандартизи­рованы, использование этого показателя в сомнительных слу­чаях имеет большое значение.

Эффективность оптимизации составов пигментных паст также очевидна, когда интенсивность окраски покрытий сравнивается с окраской неоптимизированных стандартных образцов. На рис. 7.7 показано, как может быть получена экономия в сырье и времени диспергирования. На графиках приведены зависи­мости интенсивности окраски от времени перетира для трех пигментов, диспергированных в растворах: 1) алкида средней жирности в ароматическом углеводороде и 2) жирного алкида в алифатическом углеводороде до и после оптимизации.

Ниже приведены правила для диспергирования пигментных паст и их последующего использования для красок:

1. Смачивающая и диспергирующая способность диспергато — ров, пленкообразователей и добавок по отношению к разным пигментам и наполнителям различна.

Рис. 7.7, а. Дисперсия Монастраля голубого РВЫ (Фталоцианинового голубого) в растворе среднего алкида в ароматическом углеводороде: ■

Ст.— до оптимизации: ОКП=Ю%, ОКС = 15%

Опт.— После оптимизации: ОКП = 13%, ОКС = 20%

Рис. 7.7, б. Дисперсия Монастраля голубого РВЬ1 (Фталоцианинового голубого) в растворе жирного алкида в алифатическом углеводороде:

Ст.— До оптимизации: ОКП = 14%, ОКС = 20%

Опт.— После оптимизации: ОКП = 21%, ОКС=15%

Рис 7.7, в. Дисперсия Монастраля зеленого йЫ (Фталоцианинового зеленого) в растворе среднего алкида в ароматическом углеводороде:

Ст.— До оптимизации: ОКП=12%, ОКС=16%

Опт. — После оптимизации: ОКП= 16%, ОКС = 25% •

Рис. 7.7, г. Дисперсия Монастраля зеленого ОГ’ (Фталоцианинового зеленого) в растворе жирного алкида в алифатическом углеводороде:

Ст.— До оптимизации: ОКП = 11,5%, ОКС = 30%

Опт.— После оптимизации: ОКП = 15%, ОКС = 25%

2. Поэтому в средах, содержащих несколько ПАВ, каждый пигмент будет взаимодействовать предпочтительно с одним ПАВ. Следовательно, на стадии диспергирования необходимо приме­нять оптимальные и пропорциональные количества предпочти­тельного ПАВ для каждого пигмента с целью достижения макси­мальной стабилизации.

3. Эти характеристики могут быть измерены инструменталь­ными методами с использованием пластографа Брабендера. Диспергирующая способность или эффективность смачивания иленкообразующсго материала и других компонентов опреде­ляют стадии диспергирования, загрузки и переработки и позво­ляют выбрать оптимальные время диспергирования и наилуч­шие условия использования исходного сырья.

4. Даже небольшие различия в эффективности смачивания компонентов пленкообразователей, которые вводятся на стадии диспергирования и конечных стадиях, могут снизить стабиль­ность системы (например, изменение цвета со временем). Вза­имодействие добавок, облегчающих диспергирование, и прочих добавок имеет аналогичный эффект и применять их в оптимизи­рованных системах необязательно.

5. Значения сухого остатка выше оптимального могут быть использованы в следующих случаях:

А) чтобы защитить поверхности определенных пигментов от разрушения под. действием компонентов пигментной пасты при оптимальных значениях сухого остатка;

Б) чтобы обеспечить необходимую вязкость (содержание растворителя) пасты;

В) чтобы обеспечить большую гибкость процессу при диспер­гировании на промышленном оборудовании.

6. Не следует диспергировать никакой пигмент любым мето­дом при значении сухого остатка или содержании диспергатора меньше оптимального на 5 %. Например, если сухой остаток равен 20%, то предельно допустимый низший уровень равен 15%. Иначе в процессе диспергирования в пигментной пасте возникнет недостаток стабилизатора, будет происходить реагре­гация и окажется невозможным достижение необходимой сте­пени диспергирования независимо от времени перетира.

В общем случае при значении сухого остатка на 10% выше оптимального время перетира увеличивается непропорционально.

7. Не следует разбавлять на второй стадии диспергирован­ную пасту растворителями или растворами пленкообразователей с очень высоким сухим остатком. Это может привести к частич­ной или полной флокуляции, которую трудно устранить. Необ­ходимо увеличить концентрацию пленкообразователя на 8—10% сверх оптимального сухого остатка для второй стадии за счет добавления порциями раствора соответствующего пленкообра­зователя. Это гарантирует необходимую стабильность пасты при кратковременном хранении и предохраняет от коагуляции при последующей переработке.

8. Необходимо соблюдать осторожность, если колеровочная паста содержит более эффективный диспергатор, чем готовая эмаль. Некоторые пигменты в эмали могут быть дестабилизи­рованы и/или флокулированы, если более чем половинное коли­чество необходимого для них стабилизатора вводится с коле — ровочной пастой. Однако, если колеровочная паста содержит менее эффективный диспергатор, чем эмаль, то произойдет частичная или полная флокуляция. Степень ее будет зависеть от различий в смачивающей способности пленкообразователя колеровочной пасты и наиболее эффективного пленкообразова­теля или смеси пленкообразователей эмали. Предполагается, что в обоих случаях пленкообразователи колеровочных паст и эмалей совместимы.

9. Важно на всех стадиях производства поддерживать неиз­менным состав растворителя, чтобы воспрепятствовать выделе­нию пленкообразователей из раствора. Даже частичная нерас­творимость или несовместимость может привести к необратимой флокуляции. Особенно чувствительны прозрачные дисперсии.

10. Для того, чтобы извлечь максимальную пользу от опти­мизации пигментных составов, необходимо обеспечить оптималь­ные условия работы диспергирующего оборудования.

Эмали и соответствующие пигментные пасты можно клас­сифицировать по составу следующим образом:

1) один пигмент—один пленкообразователь;

2) два или более пигментов — один пленкообразователь;

3) один пигмент — два или более пленкообразователей;

4) два или более пигментов — два или более пленкообразова­телей.

-< В случаях 1 и 2 для пигментов нет вариантов и они будут Диспергироваться до определенной степени при оптимальном значении сухого остатка. В случаях 4 и 3 для пигментов имеется ■возможность выбора и поэтому их необходимо диспергировать в наилучшем пленкообразователе или в их смеси при концентра­циях, которые определяются и рассчитываются из оптимальных значений для каждого компонента.

Ниже приведен пример 1, который показывает, как рассчи­тать состав пигментной пасты на основе значений ОКП и сухого остатка. Он применим к случаю 1. Если значение сухого остатка пленкообразователя одно и то же для двух пигментов в системе с одним пленкообразователей (случай 2), следует использовать тот же самый расчет. Предполагается, что ОКП также одина­ковы. Если, однако, сухой остаток и ОКП различны для двух и более пигментов в одном пленкообразователе, следует рассчи­тывать по приведенному примеру 2, в разных пленкообразова — телях — по примеру 3.