Лако-красочные материалы — производство

Для изучения свойств красок при нанесении и растекании можно использовать много приборов. Однако в пределах ограни­чений, отмеченных ранее, многие краски можно рассматривать как квазиньютоновские жидкости. Также есть необходимость в простых приборах для контроля качества и измерения вязкости красок потребителем перед нанесением. Эта необходимость в ос­новном удовлетворяется специальными приборами, выпускаемыми лакокрасочной промышленностью.

Эта группа простых приборов состоит в основном из разно­образных сосудов для истечения жидкостей различных конструк­ций и упрощенных вращательных приборов, например воронки ICI. Сосуды для истечения применяются и в других отраслях, на­пример в нефтехимической промышленности. Принцип их устрой­ства показан на рис. 12.1. Известный объем краски помещается в вертикально расположенный цилиндрический сосуд, дно кото­рого имеет короткий капилляр известной длины и диаметра. Крас­ка вытекает через отверстие в дне сосуда (обычно после удаления пальца испытателя); секундомером замеряется время истечения. Концом истечения обычно считается момент, когда непрерывная струя краски распадается на капли. Возникает несколько вопро­сов для обсуждения. Во-первых, поскольку масса жидкости изме­няется при испытании, движущая сила течения (обусловленная силой тяжести) через капилляр также меняется. Если краска

Рис. 12.1. Сосуд для истечения (примерно в масштабе 1:1)

Является неньютоновской жидкостью, то результат измерения вязкости может быть сильно искаженным. Во-вторых, капилляр обычно короткий, следовательно, стабильных условий течения внутри него не получается, и это, а также ошибки в начале и конце определения, может повлиять на результат, особенно если материал слегка структурирован. В-третьих, присутствие абразив­ных частиц в краске может привести к износу металлического капилляра, и, значит, такие приборы должны поверяться ньюто­новскими жидкостями с известной вязкостью. Дно сосуда может быть коническим или плоским; первое, очевидно, уменьшает ошиб­ки в начале опыта. Наконец, испытания проходят нормально при температуре окружающей среды, но предпочтительно тщательно контролировать температуру краски до и во время испытаний, чтобы получить точные и сравнимые результаты. Этот тип испы­таний должен применяться только для красок, близких к ньюто­новским жидкостям. Различные виды таких приборов приведены в работе [25].

— Примером другого тина приборов может служить вискозиметр фирмы ICI, впервые описанный Манком [26, 27]. Вискозиметр состоит из фиксированной пластины, термостатируемой при темпе­ратуре 25,0±0,1 °С, и расположенной над ней воронки, приводи­мой во вращение со скоростью 900 об/мин с помощью двигателя. Скорость сдвига — 10000 с-1, предел измерений 0—0,5 Па-с при точности измерений выше 0,01 Па-с (цена деления шкалы при­бора). Воронка усечена, чтобы уменьшить износ и предупредить «застревание» частиц в зазоре. Для проведения измерений тре­буются малые количества образца (менее 1 мл), а сам процесс осуществляется легко и быстро. Очевидно, этот прибор имеет пре­имущества по сравнению с воронками, заключающиеся в том, что температура образца тщательно контролируется, а вязкость измеряется-в условиях (высокая скорость сдвига), характерных для условий нанесения краски. Однако прибор дает только одну точку при измерениях и, следовательно, не показывает реологи­ческих свойств краски в покое и в процессе растекания. Для оцен­ки последнего необходимо производить измерения при низких скоростях (напряжениях) сдвига. Прибор для таких измерений, релаксационный вискозиметр ICI с низким усилием сдвига, будет описан ниже.

Известны и другие методы измерения исходной вязкости крас­ки, приведенные в работе [28]. Особую проблему с точки зрения реологии представляют тиксотропные (высокоструктурирован­ные) краски. Найти простые способы контроля реологических свойств здесь очень трудно.

Проводить измерения для красок в состоянии покоя относи­тельно несложно — можно использовать разновидность вибра­ционного метода, который рассматривается ниже, в разделе, по­священном реологии при хранении красок,— но исключительно трудно точно измерить разрушение и восстановление структуры. Прекрасный обзор имеющихся методов дан Уолтоном [28]. Со­гласно опыту автора, существует только один удовлетворитель­ный метод полного разрушения структуры, заключающийся в воздействии на образец высокоскоростного усилия сдвига в те­чение продолжительного времени (это также устраняет ошибки, связанные с реологической «предысторией» образца, проистекаю­щей из способа подготовки этого образца и загрузки его в рео­метр), с последующим определением времени восстановления структуры. Это может быть сделано путем уменьшения скорости сдвига до очень малых значений и установления зависимости вязкости от времени; или, еще лучше, путем измерения динами­ческой вязкости и модуля эластичности как функции времени при малых вращательных напряжениях [10]. Такие измерения можно сделать с использованием вискозиметров с низким уси­лием сдвига (LSV фирмы ICI).

Стандартные методы измерения вязкости красок, разработан­ных официальными организациями, например Британским инсти­тутом стандартов (BSI), основаны на применении различных воронок [25]. Однако, увеличивается число методов, основанных на использовании ротационных вискозиметров, например ворон­ки ICI (ASTM D4287-83) или вискозиметра Штурмера (ASTM D562-81). Германский институт нормирования описывает метод определения «реограмм и вязкостей» лаков и красок, с использо­ванием ротационных вискозиметров DIN53214 (1982). Такие же приборы упоминаются во французском и чехословацком стандар­тах [30, 31].