Лако-красочные материалы — производство

Жидкие пигментированные лакокрасочные материалы представ­ляют собой высококонцентрированные микрогетерогенные систе­мы. Это коллоидные системы — суспензии. Важнейшим свойст­вом их является стабильность, т. е. седиментационная и агрега­тивная устойчивость.

Седиментационная устойчивость проявляется в способности дисперсной системы сохранять равномерное распределение ча­стиц дисперсной фазы (пигменты, наполнители) по всему объему дисперсионной среды (связующее), т. е. предотвращать образование осадка.

Агрегативная устойчивость — это сохранение дисперсности твердой фазы. Потеря агрегативной устойчивости проявляется в укрупнении частиц за счет их слипания. Такие частицы стано­вятся достаточно тяжелыми и выпадают в осадок. Таким обра­зом, нарушение агрегативной устойчивости обязательно влечег за собой потерю седиментационной устойчивости.

Из описанного выше становится очевидным, что важнейшим условием получения высококачественных пигментированных ма­териалов является предотвращение в них вторичных явлений Коагуляции и флокуляции. В первом случае — это слипание ча­стиц без прослойки жидкой фазы, во втором — с прослойкой жидкой фазы. И в том, и в другом случае образуются агрега­ты, выпадающие в осадок. Коагуляционные структуры и фло — кулы образуются самопроизвольно. Это явление обусловлено тем, что пигментированная система, имеющая исключительно большую поверхность раздела фаз и в результате этого обла­дающая большим запасом свободной поверхностной энергии, является термодинамически неустойчивой. Снижение поверхно­стной энергии происходит при уменьшении поверхности разде­ла фаз, т. е. при увеличении размеров частиц, что и происходит при коагуляции и флокуляции.

В подавляющем большинстве случаев явления коагуляции и флокуляции частиц объясняются плохой смачиваемостью по­верхности пигмента растворами пленкообразователя, поэтому при производстве пигментированных материалов в первую оче­редь необходимо сделать правильный выбор основных компо­нентов— пигмента и олигомера. Смачиваемость пигментов и их адсорбционная способность описаны в гл. 5.

Агрегативная устойчивость пигментированной системы мо­жет быть нарушена и по целому ряду других причин, например, при диспергировании пигмента в смеси связующих, придающих поверхности противоположные электрические заряды; чрезмер­ном энергичном диспергировании при недостатке поверхностно — активных компонентов; диспергировании влажных пигментов в малополярных пленкообразователях; наличии водораствори­мых примесей в пигментах и т. д.

Основным способом стабилизации пигментированных лакокрасочных ма­териалов является стабилизация, обусловленная структурно-механическими свойствами адсорбционных слоев. Структура и свойства адсорбционных сло­ев на поверхности пигментных частиц определяются характером поверхности пигмента и адсорбционными свойствами пленкообразователя. Необходимо учитывать специфичность их взаимодействия. Не существует универсальных пигментов, пригодных для пигментирования любых пленкообразователей, как Не существует и универсального пленкообразователя, обеспечивающего полу­чение стабильных дисперсий любых пигментов.

Адсорбционные слои, особенно в случае образования пространственных структур, оказывают стерические препятствия сближению частиц пигментов до расстояния эффективного действия сил притяжения между ними, а так­же снижают запас поверхностной энергии, взаимодействуя с активными центрами твердой поверхности частиц. Прн сближении частиц пигмента про­исходит перекрывание адсорбционных оболочек, что ведет к повышению кон­центрации пленкообразователя в зоне перекрывания и возникновению осмо­тического расклинивающего давления. Макромолекулы, адсорбированные на поверхности пигмента, сохраняют некоторую подвижность углеводородных цепей, ориентированных в жидкую фазу. Сближение адсорбционных слоев, нх перекрывание также приводят к снижению термодинамической вероятно­сти образования тех нли иных пространственных конфигураций макромоле­кул. Без подвода энергии извне такой процесс не может осуществиться, ■а это равносильно наличию энергетического барьера при сближении частиц.

Описанные принципы стабилизации универсальны и не за­висят от того, в какой среде диспергирован пигмент (органиче­ской или водной).

Для водных и водоразбавляемых систем существенное зна­чение имеет также электростатическое отталкивание за счет образования двойного электрического слоя на поверхности ча­стиц при адсорбции ионов или пленкообразователей, содержа­щих ионогенные группы. Эффективное действие электростатиче­ского отталкивания проявляется в среде с высокой диэлектри­ческой проницаемостью при условии достаточной толщины двой­ного электрического слоя, которая зависит от ионной силы раствора. Введение электролита в систему обусловливает умень­шение толщины двойного электрического слоя, и, как следствие, потерю агрегативной устойчивости. Поэтому к пигментам, применяемым в водоразбавляемых системах, предъявляются жесткие требования по содержанию водорастворимых солей.

В некоторых случаях пространственные структуры, образо­ванные частицами пигмента через прослойки дисперсионной сре­ды (Флокуляты), оказываются полезными. Они придают лако­красочным материалам структурную вязкость (тиксотропность), Необходимую, например, для получения высококачественных покрытий на крупногабаритных изделиях, и особенно на верти­кальных поверхностях. Более подробно явление тиксотропии будет рассмотрено далее.

Примером полезности флокуляции может служить и софлокуляция пиг­ментов различной природы. Варьируя соотношением и количеством пигмен­тов, составом дисперсионной среды, используя поверхностно-активные ве­щества, можно получить систему с оптимальными свойствами. Так, при пиг­ментировании системы смесью желтых свинцовых кронов и железной лазури или голубого фталоцианинового пигмента с целью получения лакокрасочного материала зеленого цвета управляемая софлокуляция частиц пигментов, сильно отличающихся по плотности, дает возможность предотвратить рас­слоение по цвету.

Неорганические пигменты в большинстве своем сильно от­личаются по плотности от дисперсионной среды. В связи с этим часто агрегативно устойчивая система может оказаться седи- ментационно неустойчивой: под действием силы тяжести части­цы пигментов будут образовывать осадок. Однако благодаря наличию на частицах адсорбционных слоев пленкообразователя система легко восстанавливается при перемешивании.

Седиментационная устойчивость может быть достигнута в результате пространственного структурирования жидкой дис­персионной среды, т. е. образования пространственных надмо­лекулярных структур пленкообразователя. Введение высокодис­персных наполнителей (аэросил, бентонит) также приводит к образованию пространственных структур, но уже за счет коагуляции. И в том, и в другом случае образовавшиеся в объе­ме структуры препятствуют седиментации пигмента.