Лако-красочные материалы — производство

В настоящее время используется несколько схем получения пигментиро­ванных лакокрасочных материалов [97, с. 275; 161, с. 341].

1. При наиболее старом многопигментном способе производства пигментированных лакокрасочных материалов все количество сухих пигментов и наполнителей, пленкообразователей и растворителей, входя­щих в конечную рецептуру пигментированного материала, загружается в смеситель. Смесь перемешивается до однородной пасты и далее подверга­ется диспергированию в аппаратах периодического (шаровых мельницах,

Питорах) или непрерывного (бисерных диспергаюрах, валковых аскотерочных машинах) действия. Однако диспергирование пигмен — КоРв по такой схеме чаще всего неэффективно, прежде всего из-за нера­ционального использования диспергирующего оборудования. Дисперги — емость пигментов в смеси различна, поэтому процесс лимитирует наи­более труднодиспергируемый пигмент. Пигмент, необходимая степень дисперсности которого уже достигнута, но находящийся в объеме дис — пергатора вместе с труднодиспергируемым пигментом, практически бес­полезно заполняет объем диспергатора. Кроме того, через аппарат про­пускается весь пленкообразователь, что также снижает производитель­ность аппарата по пигменту.

2. Диспергирование многопиг’ментных паст можно проводить с ис­пользованием рецептур, составление которых рассмотрено в разделе

3.2. В оптимальных для диспергирования рецептурах содержится значи­тельно меньшее, по сравнению с конечной рецептурой количество плен — кообразователя и соответственно большее количество пигмента и рас­творителя. Естественно, рабочая рецептура для диспергирования не дол­жна выходить из рамок конечной рецептуры. Необходимо учитывать, что в дальнейшем система должна быть доведена до необходимой вязко­сти и сухого остатка. Этот способ имеет безусловные преимущества пе­ред предыдущим, однако в нем сохраняются недостатки, присущие диспергированию многопигментных паст. Следует учитывать при этом и определенную сложность оптимизации рецептуры многопигментных паст, связанную с различной адсорбционной способностью пигментов, входящих в пигментную смесь.

3. Наиболее прогрессивным является непрерывное производство раздельно базовых белых эмалей и однопигментных колеровочных паст с последующим их смешением для выпуска цветных эмалей. Использова­ние модифицированных пигментов и наполнителей для приготовления базовых белых паст (эмалей) и колеровочных паст и проведение процес­са их получения по оптимальной рецептуре и в оптимальном режиме дает возможность с минимальными затратами энергии добиваться получения высококачественных пигментированных материалов.

При получении лакокрасочных материалов по последнему способу вначале готовят базовую белую пасту. Сыпучие и жидкие компоненты непрерывно дозируются; смешиваются и предциспергируются в верти­кальном смесителе непрерывного действия, например двухступенчатом проходном смесителе с дискозубчатой мешалкой. Далее однопигментная паста через дисольвер, который наряду с преддиспергированием выпол­няет функцию промежуточной емкости, поступает в бисерный дисперга — тор. Целесообразно предусмотреть в технологической линии два последо­вательно работающих диспергатора. Поскольку в процессе диспергирова­ния происходит изменение реологических свойств системы, на начальной и завершающей стадиях диспергирования оптимальными будут различ­ные режимы. Из бисерных диспергаторов паста поступает в смеситель, куда вводится недостающее количество пленкообразователя в виде раствора лее высокой концентрации, чем используемый для дисперги рования. В этом смесителе пигментная паста доводится до требуемой вязкости и сухого остатка. Полученная базовая белая паста передаетСя в емкость-приемник с мешалкой.

Составление готовых эмалей производится в смесителе, куда вво­дятся необходимые количества колеровочных паст. Если расход колеро — вочных паст велик, то их получают по непрерывной технологии. К таким пастам относятся пасты свинцовых и цинковых кронов, красных и жел­тых, железоокисных пигментов и некоторых других неорганических пигментов. Если расход колеровочных паст невелик (не более несколь­ких килограммов на 1 т готовой эмали), то целесообразнее получать их по периодической схеме. К таким пастам можно отнести пасты железной лазури, технического углерода, фталоцианиновых и других органических пигментов.

Сложной задачей при составлении рецептур эмалей из однопигмент­ных паст является расчет соотношений отдельных компонентов с целью получения готового продукта определенного цвета. Методика расчета рецептур для получения эмалей заданного цвета основана на теории Гуревича — Кубелки — Мунка [80, с. 484]. Расчет проводится с использо­ванием ЭВМ. В память вычислительной машины закладываются основ­ные оптические характеристики накрасок всех исходных красочных паст с заданным содержанием в них пигментов. Координаты цвета и значения функции Гуревича — Кубелки — Мунка рассчитываются по спектрам диффузного отражения образца, цвет которого необходимо воспроизве­сти. Эти данные вводятся в ЭВМ и на основании оптических характерис­тик исходных компонентов, хранящихся в памяти машины, рассчитыва­ются количества исходных паст для получения эмали заданного цвета.

Расчет рецептуры основан на аддитивности коэффициентов рассея­ния и поглощения двухконстантной теории Гуревича — Кубелки — Мунка:

Х(Л)=С1А’1(Л) + С2к2(л) + …+ С1КМ) (5.11)

5(Л) =С13’,(Я) + Са-М*) + …+ ^-(Л) (5.12)

С /

Отсюда:

А?(А) СлКЛХ) + С2ЛГ2(/) + …+ С^КДЛ) (5.13)

ЗЙ)_С151(Л)+С2-52(/’)+..-+ Сг54(А)

Коэффициенты рассеяния могут быть определены несколькими спо­собами [80, с. 467] (см. также раздел 1.8.2). Можно измерить коэффи­циент отражения покрытия известной толщины 8 и коэффициент отраже­ния покрытия такой толщины, при которой свет не достигает подложки, и вычислить 5[1] (X) по уравнению:

П _ _ коэффициент отражения белой подложки; а кЬ определяются по уравне — ^м6(1-23) и (1.24).

Если измерение проводилось на черной подложке при Яч ~ О, то коэф­фициент рассеяния можно вычислить по уравнению:

= агс1Ь^^- (5.15)

Коэффициент рассеяния лессирующих пигментов можно вычислить, воспользовавшись измеренным значением пропускания Т слоя известной толщины 6

5(л)<? = -{^(агбЬ агвЬ Ь) (5.16)

По известным значениям коэффициентов рассеяния и функции Гуре­вича — Кубелки — Мунка можно рассчитать коэффициенты поглощения по формуле:

АЧЛУ-5Ч/) = (1-/?)г/2Я (5.17)

Если в рецептуре эмали содержится небольшое количество цветных пигментов, коэффициент рассеяния от их введения меняется незначи­тельно и остается близким к коэффициенту рассеяния белого пигмента, то в формулу (5.13) могут быть подставлены относительные коэффици­енты поглощения и рассеяния (отнесенные к коэффициенту рассеяния

Белого пигмента). В этом случае знаменатель в уравнении (5.13) обраща­

Ется в единицу, что значительно упрощает расчет.

Для уточнения расчета во всех выражениях, в которые входит коэф­фициент отражения покрытия, следует использовать его значение с по­правками на внутреннее и внешнее отражение светового потока. Эти по­правки учитывают отражение от поверхности, обусловленное разностью коэффициентов преломления пленкообразователя и воздуха, и отраже­ние светового потока, падающего на нижнюю сторону верхней границы покрытия. Исправленное значение коэффициента отражения можно вы­числить по уравнению:

/?’=[р +(1-р)(1-яг)я]/(1-Я/Л) (5.18)

Где р и р/ — коэффициенты, учитывающие внешнее и внутреннее отражение соот­ветственно.

Если коэффициент преломления пленкообразователя меняется в пределах 1,4-1,6, тор ^0,04-^0,07, ар,- —0,5^0,7.

После расчета рецептуры определяются ее цветовые показатели и, если они отличаются от эталонных, проводится уточнение рецептуры. Необходимые добавки тех или иных компонентов вычисляются на основании следующей системы уравнений:

Девять элементов соответствующей матрицы представляют собой частные производные координат цвета по концентрациям отдельных пигментов:

ДХ дУ д2 дС ‘ дС ’ дС

Которые экспериментально определяются в результате измерения коор­динат цвета при введении в систему небольших количеств соответству­ющих пигментов. Три остальных члена матрицы АХ, ДУ и AZ — измене­ние координат цвета.

Решение системы уравнений (5.19) включает обращение матрицы ко­эффициентов и перемножение значений АХ, АУи Д? с обратной матрицей.

Расчет, таким образом, обычно проводится по системе уравнений, полученной в результате этого преобразования:

(5-20’

Ас‘-^ш+бФАу*Ш&г

Наилучшая коррекция рецептуры достигается, когда корректиру­ющие матрицы используются в логарифмической форме:

Очевидно, что однозначным решение может быть только в том слу­чае если число цветных паст не превышает трех. Если в рецептуре боль- ще’трех цветных пигментов, то коррекцию проводят только по трем компонентам, концентрации остальных компонентов остаются неиз­менными.

Системы автоматического контроля и регулирования цвета рассмот­рены в книге Манусова [82, с. 102].

В некоторых случаях диспергирование пигментов в среде пленкооб — разователей может быть осуществлено непосредственно в дисольверах. Таким образом можно диспергировать суховальцованные пасты, полу­ченные предварительным сухим вальцеванием — преддиспергированием пигментов с пластификаторами и пленкообразователями без раствори­телей в разогретом состоянии, что исключает возможность повторной коагуляции. Этот метод широко применяется в производстве нитроэма­лей и некоторых других эмалей на основе пленкообразователей полиме — ризационного типа. Во многих случаях диспергирование в дисольверах может обеспечить необходимую степень дисперсности при использовании фляшинг-паст.

Следует коротко остановиться на особенностях пигментирования водных дисперсий полимеров и водорастворимых пленкообразователей [111, с. 105] (см. также раздел 2.2). Для пигментирования водных дис­персий полимеров и водорастворимых пленкообразователей можно использовать только химически инертные пигменты. Пигменты не долж­ны содержать солей, вызывающих коагуляцию дисперсий полимеров и снижающих растворимость пленкообразователей.

Введение пигментов в водоразбавляемые материалы оказывает существенное влияние на их электрическую проводимость, электричес­кую проводимость формирующегося покрытия и, следовательно, на проникающую (рассеивающую) способность лакокрасочного материала при электроосаждении. Это влияние пигментов определяется главным образом избирательной адсорбцией поверхностью пигментов анионов и катионов, присутствующих в системе. Максимальное изменение прово­димости исходной системы наблюдается в случае преимущественной адсорбции полиионов. Поэтому кислотно-основный баланс поверхности пигментов является одним из основных критериев при выборе пигмен­тов для материалов, которые наносят на поверхность методом анодного или катодного электроосаждения.

При получении латексных красок необходимо хорошее смачивание пигментов водой для дезагрегации и последующей стабилизации диспер­сий. Даже при использовании гидрофильных пигментов в системы следу­ет вводить диспергаторы. Гидрофобные пигменты при наличии в красках пластификаторов могут входить в фазу пластификатора и флокулиро — вать. Нежелательно применение органических пигментов, способных рас­творяться в пластификаторах.

Так как большое значение для устойчивости микрогетерогенных си­стем в водных средах имеет электростатическое отталкивание, необходи-

Мо, чтобы значение pH дисперсионной среды отличалось от изоэлектри- ческой точки дисперсии.