Лако-красочные материалы — производство

К этой группе пигментов относятся металлические порошки, раз­личные углеродсодержащие материалы — технический углерод {сажа), графит, черни и железооксидные пигменты.

Металлические порошки

Пигменты, относящиеся к этой группе, представляют собой вы­сокодисперсные порошки металлов и обладают специфическими свойствами. Наибольшее распространение находят алюминиевая пудра и цинковая пыль. Реже применяются порошки меди и ее сплавов, железа и нержавеющей стали и совсем редко использу­ются порошки серебра, свинца, никеля.

Методы получения металлических порошков делятся на дис­персионные и конденсационные. В первом случае про­цесс связан с дроблением или распылением металла, во втором — с выделением частиц из растворов солей или из паров.

Форма частиц металлических порошков зависит от способа их получения. Она может быть близкой к сферической или зерни­стой с размером частиц 2 мкм и более. Такие пигменты называ­ются гранулированными. В гранулированном виде выпускаются цинковая пыль, медные, бронзовые и другие порошки. Форма частиц может быть также чешуйчатой (толщина чешуек 0,5— 1,0 мкм, а максимальный размер 50—70 мкм). В такой форме выпускаются алюминиевая пудра, свинцовый порошок и др.

На поверхности чешуйчатых пигментов, как правило, имеется «смазка» лз стеариновой или олеиновой кислоты, парафина, минерального или расти­тельного масла или других веществ. Эти добавки вводят в процессе изготов­ления пигментов для облегчения дробления металла или фольги, из которых они получаются. Тонкий слой смазки предотвращает слипание частиц пиг­мента при хранении, препятствует окислению поверхности частиц кислородом воздуха и оказывает влияние на смачивание частиц пленкообразующими ве­
Ществами. Так, например, в некоторых случаях смазки, ухудшая смачивание, Обеспечивают всплыванне частиц пигментов в процессе формирования по­Крытия. Такие покрытия обладают рядом специфических свойств.

Металлические порошки используют для получения токопро — водящих покрытий, протекторных грунтовок, термостойких и де­коративных покрытий.

Алюминиевая пудра представляет собой тонкоизмельченный алюминий с частицами пластинчатой (чешуйчатой) формы. Цвет ее серебристо-серый и зависит от наличия примесей в исходном металле: чем меньше последних, тем цвет его ближе к цвету серебра. Содержание алюминия в пудре 82—92, добавок органи­ческих веществ 3—4%; плотность алюминиевой пудры 2500— 2550 кг/м3, укрывистость 10 г/м2.

Частички алюминиевой пудры обладают способностью всплы­вать в лакокрасочном слое и располагаться параллельно его по­верхности, частично перекрывая друг друга. Это свойство назы­вается «листованием». Оно зависит от свойств пленкообразую­щего вещества и растворителя, с которыми применяется пигмент, и от состава смазки, находящейся на поверхности частиц пиг­мента.

Получают алюминиевую пудру дисперсионным методом — су­хим или мокрым измельчением гранулированного порошка алю­миния или отходов листового металла. Измельчение проводят в шаровых мельницах непрерывного действия, работающих в замк­нутом цикле с воздушными сепараторами или гидроклассифика­торами. Сухое измельчение ведут в присутствии добавок (пара­фины, стеарин и др.) в среде инертного газа. После размола час­тицы порошка полируют в специальных аппаратах.

Для получения алюминиевых паст измельчение алюминия проводят в присутствии растворителя и поверхностно-активных веществ. Избыток растворителя после окончания измельчения отделяют на фильтр-прессе.

Применяют алюминиевую пудру в сочетании с нейтральными пленкообразующими веществами, поскольку она легко взаимо­действует с кислотами и основаниями. Краски, содержащие пуд­ру, готовят непосредственно перед употреблением, так как при хранении они быстро загустевают. В связи с этим алюминиевую пудру выпускают в виде пасты в растворителе или в виде «хлопь­ев», представляющих собой частицы пигмента, покрытые обо­лочкой термореактивного полимера. Пасты или «хлопья» легко совмещаются с растворами пленкообразующих веществ при про­стом перемешивании.

Алюминиевая пудра широко применяется при изготовлении красок и эмалей для покрытий с высокой отражательной спо­собностью, термостойкостью, обладающих газо — и водонепрони­цаемостью, коррозионной стойкостью и атмосферостойкостью. Используется пигмент и в декоративных покрытиях, например

С подцветкой хроматическими пигментами. Пудра «невсплываю — щих» сортов используется в молотковых эмалях для окраски различных приборов и изделий.

Цинковая пыль получается путем распыления расплавленно­го металла и конденсации паров цинка. Выпускными формами являются порошок или «хлопья» с оболочкой отвержденного по­лиамидами эпоксидного олигомера.

Цинковая пыль имеет серый цвет и содержит 95—97% (масс.) металлического цинка. Примесями являются оксид цинка, не­которые металлы (Pb, Cd, Fe), а также другие элементы.

В зависимости от способа получения форма частиц может быть сферической или неправильной. Размер частиц от 2 до> 9 мкм, удельная поверхность 1—3 м2/г, плотность 7000 кг/м3. Так же, как и алюминиевую пудру, цинковую пыль обычно вво­дят в лакокрасочный материал непосредственно перед употреб­лением. Объясняется это тем, что цинк взаимодействует с влагой и с карбоксилсодержащими пленкообразующими веществами. При хранении красок, содержащих цинковую пыль, последняя образует плотные, трудно размешиваемые осадки.

Основное применение цинковая пыль находит при изготовле­нии протекторных грунтовок для защиты черных металлов от коррозии. «Хлопья» применяют в покрытиях по стальным листам,, подвергаемым штамповке и вытяжке. Цинковую пыль добавляют и в цветные отделочные покрытия для повышения стабильности их цвета.

Свинцовый порошок выпускается в виде паст с содержанием РЬ до 90%. Его получают тонким распылением расплавленного — свинца с последующим измельчением в присутствии «смазок». Форма частиц чешуйчатая. Свинцовый порошок используется в; покрытиях по цветным и черным металлам, гальваническим по­крытиям, а также в типографских красках.

Порошки нержавеющих сталей получают измельчением ста­лей соответствующих марок. Форма частиц чешуйчатая. Приме­няют порошки для антикоррозионных лакокрасочных материалов, по металлу.

Технический углерод

Технический углерод (сажа) имеет черный цвет и содержит от 88,0 до 99,9% элементного углерода. Состав и свойства техниче­ского углерода зависят от способа его производства и исходного* сырья.

Получение. Сырьем для получения технического углерода яв­ляются жидкое, газообразное или иногда твердое топливо, ко­торое сжигается или подвергается термическому распаду (пиро­лизу). Наибольшее применение находят следующие виды тех­нического углерода: газовый (канальный, специальный, печной,.

Термический), форсуночный, ламповый, ацетиленовый. Для про­изводства газового технического углерода используют главным образом природный газ, для производства лампового и форсу­Ночного— жидкое топливо (отходы пиролиза нефти и коксова­ния углей), для производства ацетиленового технического угле­рода— ацетилен.

Свойства. Дисперсность технического углерода исключитель­но высока: размер частиц составляет от 0,01 до 0,6 мкм. Это обус­ловливает большую удельную поверхность этого пигмента — до 290 м2/г. От дисперсности технического углерода зависит его цвет: с уменьшением размера частиц черный цвет становится более глубоким. Интенсивность технического углерода находит­ся в более сложной зависимости от размера частиц. Так, с умень­шением размера частиц до 0,025 мкм интенсивность возрастает, а при дальнейшем уменьшении размера частиц — постепенно снижается. Маслоемкость технического углерода при увеличении степени его дисперсности возрастает.

Форма частиц технического углерода сферическая или близ­кая к ней. Эти частицы склонны к образованию вторичных струк­тур в виде более или менее разветвленных очень прочных цепо­чек. Соединение цепочек между собой может привести к образо­ванию сетчатой структуры. Наличие вторичных структур приво­дит к ухудшению пигментных свойств технического углерода.

Свойства технического углерода зависят от химического со­стояния поверхности его частиц, поскольку они легко адсорби­руют различные вещества. Так, при его получении на поверхно­сти частиц адсорбируется кислород, образующий сложные ком­плексы с углеродом. При высоком содержании таких комплексов рН водной вытяжки технического углерода составляет 3,5—4,6, т. е. является кислым. При низком содержании комплексов зна­чение рН водной вытяжки технического углерода определяется примесями солей щелочных и щелочно-земельных металлов, ко­торые остаются на частицах технического углерода после испа­рения воды, используемой для его охлаждения. Значение рН в этом случае достигает 9,0—11,0.

Технический углерод трудно диспергируется в пленкообразу­ющих веществах, причем с увеличением степени его дисперсности эта трудность возрастает. Наличие на поверхности частиц тех­нического углерода комплексов кислорода с углеродом значи­тельно облегчает процесс диспергирования, улучшает его сма­чиваемость, способствует повышению стабильности красок и глянца лакокрасочных покрытий.

Адсорбция кислорода на поверхности частиц технического углерода может приводить к его самовозгоранию; этому же под­вержены и пасты технического углерода с легко окисляющими­ся пленкообразующими веществами (олифа, растительное мас­ло)- при длительном хранении. Для предотвращения этого, а так-

Же для получения максимально черных покрытий технический углерод диспергируют в присутствии поверхностно-активных ве­ществ и получают либо суховальцованные пасты (СВП), либо водные дисперсии. В этом случае кислород полностью вытесня­ется с поверхности частиц. Для изготовления красок и эмалей СВП или дисперсии разбавляют растворителями и смешивают с остальными компонентами.

Технический углерод обладает высокими химической стой­костью, свето — и термостойкостью. Он поглощает свет не только в видимой части спектра, но и в инфракрасной и ультрафиоле­товой. Благодаря поглощению ультрафиолетового излучения по­крытия, содержащие технический углерод, обладают хорошев атмосферостойкостью.

Применяют технический углерод для изготовления черных и. серых красок и эмалей. Его широко используют в полиграфиче­ской промышленности, однако основным потребителем техниче­ского углерода является резиновая промышленность.

Графит

Графит представляет собой блестящий порошок серо-черного цвета, содержащий 80—90% углерода. Он термо — и химически стоек. Форма частиц чешуйчатая.

Получают графит обычно механическим измельчением при­родных минералов. Можно получить его и синтетическим путем графитизации углерода при 2200—2400 °С с последующим из­мельчением графитизированного продукта.

Применяется графит в грунтовках и красках для окраски стальных конструкций с целью повышения их химической стой­кости.

Черни

Черни представляют собой пигменты черного цвета, применяе­мые главным образом в художественных красках. В качестве сырья для их получения используют различные вещества жи­вотного, растительного или минерального происхождения. В про­цессе производства черней сырье прокаливают без доступа воз­духа. Основными видами черней являются: виноградная черная, получаемая из молодых побегов виноградной лозы или виноград­ного отжима; персиковая черная, получаемая из косточек перси­ков; жженая кость, получаемая из костей молодых животных.

По химическому составу черни — это углерод с примесями других веществ, например золы. Черни обладают химической стойкостью, свето — и термостойкостью, имеют хорошую укры­вистость и высокую интенсивность.

Прочие серые и черные пигменты

Кроме рассмотренных выше пигментов в промышленности при­меняются черные железооксидные пигменты, а также трехсер — нистая сурьма.

Черные железооксидные пигменты могут быть природными (магнетит) или синтетическими. По химическому составу они представляют собой Рез04, причем природный пигмент содержит также примеси Ті, Ni и Mg. Природный пигмент получают из­мельчением природного минерала. Синтетический пигмент по­лучают осаждением двумя способами — окислением металличе­ского железа ароматическими нитросоединениями в растворе электролита или взаимодействием солей железа Fe2+ с щелоча­ми или содой с последующим окислением осадка Fe(OH)2 кис­лородом воздуха в присутствии NaN02 или ZnCl2 при 85—90 °С.

Применяют черные железооксидные пигменты в грунтовках и красках по металлу, водоэмульсионных и известковых красках и т. д.