Лако-красочные материалы — производство

Природа поверхности пигментной частицы является ее наи­более важной особенностью. Ее полярность определяет сродство к растворам алкидов, полиэфиров, акриловых полимеров и т. д., а также к водным растворам и дисперсиям пленкообразователей. Она определяет легкость деагрегирования пигментов и, следо­вательно, влияет на диспергирование пигментов и стабильность готовой жидкой краски.

Рассмотрение природы некоторых пигментов до модификации их поверхности добавками проиллюстрирует коренную разницу в полярности поверхности, связанную с химическим строением пигментов:

Фталоцианин меди голубой (Пигмент голубой 15:3)

Полихлорфталоцианиновый зеленый (Пигмент зеленый 7)

Фталоцианиновый голубой имеет атомы водорода по пери­метру плоской молекулы, тогда как зеленый — атомы хлора. Очевидно, что последний имеет более плоскую молекулу. Однако, более детальное изучение пигментов [3] показало, что разница в полярности более резко выражена. Фталоцианиновый голубой состоит из «пачек» квадратных плоских молекул, сложенных подобно колоде игральных карт. Оси пачек наклонены к плоско­сти молекулы под углом, зависящим от кристаллической моди­фикации. Такое расположение молекул приводит к образованию ацикулярной или иглоподобной структуры. В кристалле существуют сильно отличающиеся поверхности — неполярные атомы водорода вдоль иглы со сравнительно полярными л-связями бензольных колец и атомы азота и меди на поверхностях на каждом из концов Иглы. В подтверждение этого, синие р-фталоцианиновые пигменты, имеющие более длинные иглы, как показано, являются относительно менее полярными, чем изометрические кубические кристаллы р-фталоцианина меди. Они также более гидрофоб-

Ны [2].

В противоположность, в периленимиде (Пигмент красный 179) сильно полярные имидокислотные группы находятся на перифе­рии молекулы, а число атомов водорода относительно невелико по сравнению с фталоцианиновым голубым. В самом деле, дока­зано, что периленимид относительно более гидрофилен, чем не­полярный фталоцианиновый голубой:

В силу ионного строения молекул неорганические пигменты в целом значительно более полярны и гидрофильны, чем орга­нические. Пигмент белый 6 (рутильный диоксид титана), напри­мер, имеет компактную решетку, которую можно рассматривать как коробку с ионами титана в углах и кислорода внутри и между ионами титана (рис. 3.2). Некоторые из этих атомов кислорода входят в ОН-группы, а они образуют сильные водородные связи или даже могут участвовать в обмене с кислотными или основ­ными гидроксилами, имеющимися в компонентах краски [4].

Поверхностная обработка пигментов. Модификация поверх­ности пигментов осуществляется изготовителем или целенаправ­ленно (с целью изменения свойств), или как побочный эффект, обусловленный добавлением веществ с целью облегчения произ­водства самих пигментов. Некоторые добавки делают и то, и дру­гое. Свойства, которые стараются улучшить путем введения добавок, таковы: смачиваемость и диспергируемость в выбран­ных смолах и растворителях или разбавителях; стойкость к фло — куляции; стабильность краски; долговечность покрытия.

Наиболее яркие примеры пигментов, обработанных с целью улучшения долговечности — это хромат свинца и диоксид титана.

Рис. 3.2. Рутильиый диоксид титана (Пигмент белый 6)

На желтый и красный хромат свинца наносят покрытия различ­ной толщины, плотности и однородности, с использованием оксида алюминия, диоксида титана и кремния, фосфатов метал­лов с целью улучшения свето-, термо — и химостойкости.

Диоксид титана обычно обрабатывают оксидом алюминия, диоксидом кремния и органическими соединениями — жирными кислотами и аминами для улучшения диспергируемости во взя­тых типах лакокрасочных материалов, укрывистости и интен­сивности окраски, долговечности покрытия, сохранения блеска, цвета и стойкости к мелению, а также для защиты связующего.

.В свете последнего, фотоактивная природа диоксида титана, которая может способствовать разрушению полимерной пленки, нивелируется нанесением покрытия на кристалл диоксида ти­тана. Однако, этот пигмент хорошо поглощает Уф-излучение, и это свойство обеспечивает защиту полимеров в пленках, которые могли бы деструктировать под воздействием этого изучения. Поэтому тип и качество покрытия, наносимого на кристаллы Ті02, определяется необходимостью достижения компромиссов между двумя этими явлениями.

Другим примером, где модификация строения кристалла и поверхности — главный фактор, определяющий свойства пигмен­тов, являются фталоцианиновые голубые пигменты. а-Форма Пигмента голубого 15 нестабильна и в растворителях, таких как ксилол, при температурах выше 95 °С превращается в (3-форму. Стабилизированная а-форма широко применяется в лакокрасоч­ной промышленности (Пигмент голубой 15:1). Стабилизация достигается введением атома хлора в молекулу. Пигмент голу­бой 15:2 — стабилизированная а-форма фиалоцианинового голубого, который дополнительно модифицируется поверхност­ными покрытиями, что дает стойкость к флокуляции и улучшен­ный розлив красок.

Модификация канифолью с использованием абиетиновой кислоты или резината натрия ингибирует рост кристаллов и при­меняется главным образом при синтезе пигментов реакцией азо — сочетания. Это благоприятствует получению меньших частиц пигментов, что приводит к высокой интенсивности окраски и хоро — ‘шей прозрачности.

Обработка аминами, также широко используемая для моди­фикации азопигментов, таких как Пигмент желтый 3 (Акрил — амид желтый) улучшает диспергируемость, например в алкид — ных эмалях (растворитель — уайт-спирит) холодной сушки [5]. Однако, обработка аминами может замедлить процесс окисли­тельного отверждения. Поэтому и в данном случае, чтобы достичь хороших свойств пигмента, необходимо компромиссное решение.

Пигменты могут также быть обработаны замещенными произ­водными основного пигмента. Так, фталоцианиновые пигменты, обработанные фталоцианинметиленаминами, более стабильны и имеют лучшую диспергируемость и стойкость к флокуляции в красках с органическими растворителями.

Детальная технология поверхностной обработки пигментов остается неясной для технологов-лакокрасочников, в част­ности, потому, что изготовители пигментов не желают выдавать детальную информацию об особых сортах пигментов. Это значит, что технолог не знает точно, что за пигмент он покупает. Каждый пигмент должен быть проверен в каждой конкретной рецептуре лакокрасочного материала. Следовательно, каждый пигмент и тип краски следует рассматривать как уникальную систему, так что разработка и производство красок становится искусством. Это достижимо только опытным путем, особенно если используются сочетания пигментов, как обычно и бывает. Увеличение разно­образия специальных красок сопровождается быстрым ростом числа сортов пигментов, используемых для специальных целей. Искусство технолога-лакокрасочника заключается в достижении компромисса между сложностью и простотой, который должен обеспечить необходимое потребителю качество и коммерческий успех изготовителю. *