Лако-красочные материалы — производство

7.1. Роль пигментов и наполнителей в лакокрасочных покрытиях

Введение пигментов в лакокрасочные материалы является основ­ным методом регулирования декоративных свойств покрытий — цвета и непрозрачности. Исследования в области наполненных полимерных систем, в том числе и наполненных полимерных покрытий, показали, что введение минеральных пигментов и наполнителей позволяет ре­гулировать и другие важнейшие свойства композиционных материа­лов — деформационно-прочностные, изолирующие, противокоррози­онные, адгезионную прочность, а также получать покрытия со специальными свойствами — электропроводящие, электроизолирую­щие, теплостойкие, огнезадерживающие, антифрикционные, проти — вообрастающие и др.

Влияние пигментов и наполнителей на структуру покрытия и из­менение его свойств обусловлено действием двух факторов:

1) наполнением полимерной органической фазы дисперсной ми­неральной фазой и характером ее распределения в полимерной мат­рице (механический или реологический фактор);

2) взаимодействием дисперсионных частиц минеральной фазы с пленкообразующим веществом (физико-химический или химический фактор).

Наиболее общие представления о действии этих факторов на структуру полимерных композиционных систем развиты в работах Ю. С. Липатова и В. Н. Кулезнева.

5 Крутько Э. Т., Прокопчук Н. Р.

Пигменты лакокрасочных материалов — это высокодисперсные окрашенные (в том числе белые и черные) порошки, нерастворимые в воде и имеющие высокий показатель преломления. При диспергиро­вании в пленкообразующих пигменты лакокрасочных материалов образуют стабильные слабофлокулированные дисперсные системы — краски, эмали, грунтовки, шпатлевки, применяемые для получения декоративных, защитных и специальных покрытий.

Помимо основных функций пигменты лакокрасочных материалов выполняют также и ряд других. Адсорбируя на своей поверхности пленкообразующие, частицы пигмента влияют на характер надмоле­кулярной структуры образующейся пленки, способствуя повышению механических и защитных свойств покрытий. Поглощая, отражая и рассеивая световые лучи, в том числе и ультрафиолетовые, пигменты защищают полимер и пленки от старения. Некоторые пигменты слу­жат пассиваторами металла подложки лакокрасочного покрытия, обу­словливая его антикоррозионные свойства.

Пигменты могут придавать лакокрасочным покрытиям также бак­терицидные свойства, способность предотвращать обрастание под­водной части судов и гидротехнических сооружений морскими орга­низмами, способность светиться, регулировать температуру, изменять окраску при нагревании, повышать огнестойкость покрытий и др.

Пигменты подразделяют:

1) по химическому составу — на органические и неорганические;

2) по происхождению — на природные (минеральные) и синтети­ческие;

3) по цвету — на ахроматические (белые, серые, черные) и хрома­тические (цветные).

Многочисленные способы производства пигментов можно разде­лить на три группы:

1) осаждение кристаллов пигментов из растворов;

2) получение пигментов в газовой фазе с последующей конденса­цией возгонов. В этом случае образуются высокодисперсионные про­дукты, не требующие дополнительной обработки (например, ZnO из металлического цинка, ТЮ2 из ТіС12, сажа из природного газа);

3) получение пигментов термическим разложением, спеканием, окислением, восстановлением (например, красные железоокисные пигменты из железного купороса, ультрамарин из каолина и серы, ТЮ2 из метатитановой кислоты).

Для придания товарной формы и мягкой текстуры пигменты подвер­гаются размолу, некоторые пигменты — микронизации (измельчению в струйных мельницах), а также модифицированию силикатами натрия, кремнийорганическими соединениями с длинной углеводородной це­пью, неионогенными поверхностно-активными веществами. В результа­те модификации пигменты не агрегируются после измельчения, легко смачиваются пленкообразующими и диспергируются в них.

К основным характеристикам пигментов относятся: укрыви — стость, интенсивность (красящая способность), цвет, кристаллическая структура, дисперсность, смачиваемость, маслоемкость, способность к взаимодействию с пленкообразующими веществами, диспергируе — мость, свето — и атмосферостойкость, химическая стойкость и т. д.

7.2.1. Белые пигменты. Свинцовые белила по составу — углекис­лый свинец 2РЬСОз-РЬ(ОН)2. Они обладают хорошей укрывистостью, легко растворяются в разбавленной азотной и уксусной кислотах с выделением углекислого газа, нерастворимый остаток — примеси (тя­желый шпат, глина и др.). От действия сероводорода свинцовые бе­лила чернеют. Они ядовиты, поэтому их применяют ограниченно.

Цинковые белила — порошок белого цвета — оксид цинка, получае­мый в печах окислением паров металлического цинка кислородом воз­духа муфельным способом и способом Витериля. При получении белил муфельным способом используют металлический цинк, а способом Ви­териля — цинкосодержащие руды. Качество муфельных белил лучше.

Литопон — смесь сернистого цинка и сернистого бария. Процесс его получения сложен. В зависимости от сорта литопон должен со­держать от 26 до 32% сернистого цинка. По эксплуатационным каче­ствам литопон уступает цинковым белилам, покрытия с его содержа­нием на свету быстро желтеют. Литопон применяют в основном для внутренних окрасок.

Титановые белила содержат 97-98% двуокиси титана, обладают наибольшей укрывистостью и стойкостью по сравнению с другими пигментами. Двуокись титана для малярных работ в чистом виде не используется, а обычно смешивается с тяжелым шпатом и цинковыми белилами.

Недостаток: покрытия на основе титановых белил склонны к ме — лению под действием солнечного света. Для устранения этого приме­няют специальные добавки.

Тяжелый шпат получают измельчением природного сернокис­лого бария. Высший сорт (бланфикс), отличающийся большой бе­лизной и тонким помолом, получают искусственным способом — обработкой бариевых солей серной кислотой. Тяжелый шпат и бланфикс малоукрывисты, поэтому их применяют в виде добавок к другим пигментам.

Их достоинство — не изменять цвет основного пигмента, а лишь ослаблять в некоторой степени кроющую способность.

Тяжелый шпат, в отличие от мела и гипса, часто добавляемых к нему, не растворяется в слабой азотной кислоте даже при нагревании.

7.2.2. Желтые пигменты. Охра — глина, окрашенная оксидами железа. Чем больше оксидов железа (12-25%) в охре, тем она укры — вистее. Охра должна быть хорошо отмучена, высушена, размолота и не должна содержать песка и мела. Присутствие мела легко обнару­живается при нагреве охры с кислотой. Охра в воде нерастворима, в кислотах растворяется частично; при прокаливании меняет цвет, при­обретая красноватый оттенок. Применяется для производства масля­ных красок, шпатлевок, замазок.

Свинцовый крон представляет собой соединения оксида свинца с хромовой кислотой (от светло-лимонного до красного оттенков), в светлых кронах присутствует сернокислый свинец.

Оттенок, укрывистость, интенсивность крона зависят от условий получения (температуры, концентрации, соотношения составных час­тей, размешивания), а также от некоторых добавок (щелочь, серно­кислый свинец и др.). Яркость и большая кроющая способность кро — нов позволяют добавлять к ним в большом количестве тяжелый шпат, гипс, мел, глину и др.

Чистый крон должен полностью растворяться в 10%-ном растворе едкого натра или едкого калия. Воздействие сероводорода приводит к потемнению крона. Крон применяют в производстве масляных красок и эмалей, в смеси с лазурью — для приготовления красок зеленого цвета.

Цинковый крон получают взаимодействием цинкового купороса и хромпика. В зависимости от соотношения исходных компонентов в условиях проведения технологического процесса получают цинковые кроны различных желтых оттенков.

Цинковый крон должен растворяться во всех минеральных кисло­тах. На присутствие примесей указывает наличие нерастворимого осадка. Цинковый крон не темнеет при действии сероводорода.

Он широко применяется в производстве различных противокор­розионных красок и эмалей, поскольку хорошо защищает металлы от коррозии.

7.2.3. Красные пигменты. Железный сурик — природная краска кирпично-красного цвета различных оттенков, состоящая из оксида железа и глины. Его получают переработкой природных железных руд и прокаливанием солей железа. Содержание оксида железа в сурике 60-95%. Оттенок его зависит от температуры прокаливания и от дру­гих условий получения. Железный сурик не должен содержать песка, мела, гипса, свободных кислот и растворимых в воде солей. При кипя­чении сурика с водой реакция должна быть нейтральной. Степень раз­мола сурика должна быть достаточно высокой: при просеивании его через сито с 4900 отв./см2 остаток не должен превышать 3-5%.

Железный сурик применяют при изготовлении противокоррози­онных покрытий по металлу.

Марс — искусственная краска, отличающаяся хорошей укрывисто — стью, с оттенком от желтого до коричнево-красного.

Состав: оксид железа и оксид алюминия.

Мумия — имеет различные оттенки от желто-красного до темно — фиолетового и представляет собой смесь оксида железа с гипсом, глиной и др. Продукт получают обжиганием железного купороса или, как и железный сурик, переработкой природной железной руды (раз­мол и отмучивание).

Красящее вещество в мумии — оксид железа, содержащийся не менее 20% в светлых и не менее 35% в темных сортах.

Свинцовый сурик — пигмент красного цвета, состоит из оксида и пероксида свинца. Получают его в печах окислением свинца возду­хом. Чистый свинцовый сурик содержит 67-77% оксида свинца и 20-33% пероксида свинца.

Свинцовый сурик применяется как лучшее противокоррозионное средство по железу, особенно при нанесении грунтовых слоев при окраске морских и речных судов, железнодорожных мостов.

Киноварь искусственная — пигмент красного цвета различных от­тенков, состоящий из тяжелого шпата, гипса, глины, подкрашенных различными красными органическими красителями (например, азокра­сителями).

Искусственную киноварь получают двумя способами:

1) простым смешением красителя с наполнителем (тяжелый шпат и др.);

2) осаждением красителя на наполнителе из растворов при помо­щи различных солей.

В процессе прокаливания искусственной киновари органический краситель сгорает, остается вещество, на котором он был осажден.

5* Крутько Э. Т., Прокопчу* Н. Р.

7.2.4. Синие пигменты. Ультрамарин — порошок от темно­синего до светло-голубого цвета. В его состав в различных соотноше­ниях входят: кремнезем, глинозем, оксид натрия и сера. Ультрамарин различных оттенков образуется в зависимости от соотношения ком­понентов, технологических условий процесса и степени измельчения.

Чистый ультрамарин не растворяется в воде и спирте, обесцвечи­вается при действии слабых кислот; при прокаливании не должен изменяться в цвете.

Лазурь желтая берлинская (милори) — это синяя краска. Образу­ется при смешении растворов солей оксида железа с железистосине­родистым калием. Качество ее зависит от качества исходных компо­нентов и способа их обработки. Высшие, наиболее темные, сорта называют милори, более светлые — лазурь.

’ Лазурь нерастворима в воде, спирте, слабых кислотах; в щелоч­ных растворах лазурь разлагается с выделением оксида железа. В процессе прокаливания лазури образуется оксид железа. Ее нельзя применять для окраски штукатурки и цемента со щелочной реакцией. Это укрывистая и светостойкая краска.

7.2.5. Зеленые пигменты. Оксид хрома (хромовая смесь) — пиг­мент зеленого цвета; обладает высокой светостойкостью, стойкостью к щелочам и кислотам; не ядовит. Недостаток — плохая укрыви — стостью.

Медянка — содержит медь с уксусной кислотой, состав: 40-44% оксида меди, 26-29% уксусного ангидрида, 28-31% воды. Растворя­ется в кислотах и щелочах; при растворении в аммиаке образует рас­твор темно-голубого цвета. Медянка ядовита, обладает антикоррози­онными свойствами, применяется для окраски крыш.

Зеленый крон (киноварь зеленая, хромовая зеленая) — зеленая краска (смесь желтого свинцового или цинкового крона с железной лазурью, иногда с добавкой 20-90% наполнителей — тяжелого шпата, гипса и др.).

Свойства зеленого крона зависят от свойств входящих в его со­став желтых кронов и лазурей. Зеленый крон не применяется для ок­раски штукатурки и цемента, имеющих щелочную реакцию.

7.2.6. Черные пигменты. Сажа — наиболее распространенный черный пигмент (почти чистый углерод) — продукт неполного сгора­ния или термического разложения каменноугольного дегтя, нефтяных остатков, масел и др.

Сажа обладает исключительно высокими техническими свойст­вами: не стареет, не подвергается действию кислот и щелочей, не от­ражает ИК-лучи, обладает малой теплопроводностью и весьма устой­чива к температурным колебаниям.

В лакокрасочном производстве наиболее применимы газовая, печная и ламповая сажи.

Газовая сажа отличается от печной более высоким качеством и обладает более интенсивным черным цветом.

Печная сажа получается сжиганием различных частей древесины (бересты, осмола и др.) в печах, имеющих особое устройство.

Жженая кость — черный пигмент высокого качества — получается обжигом без доступа воздуха обезжиренных, тонко размолотых кос­тей. Обладает большой светостойкостью и укрывистостью. Высший сорт — «слоновую кость» — получают обжигом специально обработан­ной слоновой кости; обладает большой светостойкостью и стойко­стью к действию кислот и щелочей.