Лако-красочные материалы — производство

Расстояние между частицами зависит от множества факто­ров, в том числе от распределения частиц по размерам. Важно также учитывать геометрические формы частиц В идеальной системе принимается упрощение, допускающее, что частицы имеют сферическую форму, равные размеры и равноудалены друг от друга. В этом случае для ромбической упаковки объем пустот равен 26%, и при полном его заполнении связующим ОКП будет равна 0,74. Отсюда можно вывести уравнение для расчета диаметра частиц:

Й = Уо,74/СЖП —1. (8.3)

Сближение частиц при увеличении ОКП будет влиять на эффективность рассеивания света частицами пигмента (разд. 8.4.3).

Частицы пигментов имеют очень большую поверхность. На­пример, один килограмм ТЮг может иметь поверхность около 5000 м2. В результате этого значительное количество связую­щего может адсорбироваться на поверхности пигмента. Частицы пигмента, покрытые оболочкой связующего, влияют на упаковоч­ный фактор пигмента как более крупные частицы.

Рассмотренные закономерности упаковки частиц становятся более сложными, если их относить к реальной смеси, в которой присутствуют частицы различных размеров. Предположим, на — прПмер, что два лабораторных стакана наполнены бисером с диаметром частиц 1 см и 1 мм. Объем пустот будет приблизи­тельно равен 26%. Но если бисер перемешать в отношении 3:1, маленькие частицы будут заполнять промежутки между большими и общий объем пустот окажется значительно меньше. Этот пример иллюстрирует эффект увеличения КОКП. Реальные пигменты и смеси пигментов с наполнителями являются еще более сложными системами, чем описанная выше. Поэтому расчет КОКП становится малореальным и требует эксперимен­тального определения. КОКП двухкомпонентной смеси с части­цами различного размера, как правило, выше, чем для каждого компонента в отдельности.

Простейший способ определения приблизительного значения КОКП для определенного пигмента состоит в добавлении льня­ного масла к сухому пигменту до получения однородной массы. Для проведения испытания используется резиновый шпатель, с помощью которого осуществляется тщательное механическое смешение компонентов. С давних времен результат, выражен­ный как масса льняного масла, поглощенного 100 г пигмента, обозначается термином «маслоемкость». Если полученный ре­зультат выразить в объемных, а не в массовых единицах, то это и будет эквивалентом КОКП — Высокое значение КОКП под­разумевает низкую маслоемкость и наоборот. По причинам, рас­смотренным выше, невозможно предсказать значение КОКП для смеси, исходя из известных значений для отдельных пигментов, и поэтому необходимо провести определение маслоемкости смеси с помощью резинового шпателя. Для многих комбинаций важ­нейших пигментов и наполнителей известны условия для обес­печения максимальной упаковки, что достигается использова­нием наполнителя с различными размерами частиц.

Использование маслоемкости как общего метода определе­ния КОКП Может быть допустимо при условии, что пигмент будет вести себя аналогично во всех жидких связующих, что не всегда имеет место. Поэтому не удивительно, что значения маслоемкости, определенные в различных жидких средах, раз­личаются между собой. Химики должны иметь информацию об установленной величине маслоемкости и способе ее измерения; при этом значение маслоемкости, полученное для льняного масла, также может быть полезной качественной характеристикой для правильного выбора пигмента, хотя этот показатель в редких случаях будет точно соответствовать КОКП для других систем.

Связующее всегда следует рассматривать совместно с дан­ным пигментом; при определении КОКП связующее играет двой­ную роль: часть его, 1/ал, адсорбируется на поверхности пигмен­та, а другая часть, 1/си, заполняет пустоты между частицами. Это положение можно проиллюстрировать следующим уравне­нием [5]:

КОКП =————— ————— . (8.4)

В принципе, значение 1/,.в может быть рассчитано исходя из модели упаковки частиц. Однако при таком расчете оказывается, ЧТО Уад будет иметь большую величину, чем следует из теории адсорбции. Хьюсман [7] особо подчеркивает, что формула (8.4) может быть использована для расчета только при условии, что паста пигмента в конечной точке определения маслоемкости будет состоять из индивидуальных диспергированных частиц.

На практике в системе обычно присутствуют агрегаты, величина поверхности которых неизвестна. Поэтому окончательное зна­чение маслоемкости зависит от эффективной плотности агрега­тов, их упаковки и смачиваемости связующим. Хьюсман пред­ложил модель, основанную на определении эффективной плот­ности частиц, которая учитывает присутствие агрегатов. Асбек предложил термин «предельная критическая объемная кон­центрация пигмента» (ПКОКП) для обозначения монодисперс — ного состояния системы и вывел соотношение между КОКП и ПКОКП исходя из размеров индивидуальных частиц пигмента (й) и пигментных агломератов (О) [8]:

КОКП = ПКОКП— (ПКОКП)2 (8-5)

Если ОКГ1 прогрессивно возрастает до значений выше КОКП, вторая точка перехода может быть достигнута только в том случае, если имеется достаточно связующего для покрытия всех частиц, что соответствует значению Уал в уравнении 8.4 и все «свободное» связующее заменено воздухом. Кастелз и др. [9] опубликовали экспериментальные данные, которые подтверж­дают существование этой точки и представляют значительную ценность’ для установления оптимальных соотношений между пигментом и связующим, что, в конечном итоге, влияет на опти­мальные характеристики покрытий. Кремер использовал реоло­гический метод для определения толщины адсорбционных слоев на частицах пигментоь и наполнителей [10].