Лако-красочные материалы — производство

Различные марки технического углерода содержат от 83 до 99 % (масс.) углерода табл. 2.3. Технический углерод имеет истинную плот­ность (рентгеновскую) 2000—2200 кг/м. Насыпная плотность пыля­щего технического углерода составляет всего 80-150 кг/м3, при грану­лировании она может быть повышена до 300—450 кг/мя. Маслоемкость высокая 80—200 г/100 г.

Элементарной структурной единицей агрегатов является иолиацено- вый (графитоподобный) слой атомов углерода. Слои располагаются приблизительно концентрически вокруг центров роста. Так образуются

первичные частицы. По периферии агрегатов полиаценовые слои рас­полагаются параллельно поверхности, образуя пачки. Частицы плотные, непористые, сферической формы. Диаметр первичных частиц — от 9 до 300 нм, средний размер агрегатов — от 100 до 1000 нм (от 0,1 до 1 мкм). О уменьшением размера частиц и агрегатов повышается чер­нота технического углерода. Красящая способность пигмента увеличи­вается при снижении размера частиц лишь до 25 нм, а затем сни­жается за счет релеевского рассеяния света. Технический углерод обла­дает весьма высокой укрывистостью 3—6 r/м2 при толщине укрываю­щего слоя всего 8 мкм.

Первичная структура технического углерода может быть низкой (цепочечная форма агрегатов), нормальной (слабо разветвленная форма) и высокой (значительно разветвленная форма). Агрегаты обра­зуют прочные агломераты (вторичную структуру), для разрушения которых при диспергировании требуются значительные механические усилия. Все это придает красочным системам большую структурную прочность и вязкость. Отруктурность технического углерода оцени­вается по адсорбции им дибутилфталата, которая тем больше, чем выше структурность.

По химическому строению технический углерод можно рассматривать как полициклические ароматические углеводороды или углеводороды олефинового ряда, поэтому он может участвовать в реакциях замеще­ния подобно бензолу и реакциях присоединения как олефины.

На поверхности частиц технического углерода находятся остатки неразложившегося сырья в виде высших полициклических углеводо­родов, а также минеральные вещества, состоящие из солей щелочных и щелочноземельных металлов; вследствие этого рН водной суспензии может быть повышен.

Кислород на поверхности частиц технического углерода находится в виде карбоксильных, лактоновых, фенольных, хинонных и некоторых других групп, поэтому водная вытяжка имеет кислую реакцию: рН 2—6. Наличие кислородсодержащих функциональных групп обеспечивает повышенную адсорбцию пленкообразующих веществ, способных всту­пать в химическое взаимодействие с пигментом (алкиды, полиамины, полиуретаны и др.), что оказывает положительное влияние на физико­механические свойства лакокрасочных пленок.

С целью улучшения диспергируемости технического углерода, регу­лирования реологических свойств паст и готовых лакокрасочных мате­риалов проводится изменение химического характера поверхности ча­стиц путем окисления, аминирования, сульфирования, галогенирования или прививки полимеров. Наибольшее распространение получило окис­ление кислотами, воздухом, озоном и другими окисляющими агентами. При окислении уменьшается размер агрегатов, изменяется структур­ность, повышается содержание кислорода. Окисление приводит к улучшению диспергируемости, в том числе в водоразбавляемых лако­красочных материалах, углублению черноты, снижению вязкости и тиксотропности красок и увеличению блеска покрытий. Снижение струк­турности позволяет вводить больше технического углерода в пасты, что способствует интенсификации процесса производства лакокрасочных материалов.

Технический углерод почти полностью поглощает световые лучи в видимой области спектра, а также ИК — и УФ-лучи. Адсорбция УФ-лучей снижает деструкцию пленкообразователей и таким образом повышает светостойкость и атмосферостойкость покрытий. Технический углерод термостоек до 300 °С, обладает стойкостью к действию кислот и щелочей, практически безвреден, ПДК в воздухе рабочей зоны 4 мг/м3.

Наличие большого количества кислорода, адсорбированного поверх­ностью технического углерода, может привести к самовозгоранию. Наибольшая опасность самовозгорания имеет место при хранении заме­сов технического углерода с легкоокисляющимися пленкообразовате — лями (маслами, олифами). Хорошее смачивание и диспергирование устраняет опасность самовозгорания.

Различают четыре способа получения технического углерода. В ка­нальном способе продукт получают при неполном сгорании природного газа в диффузионном пламени, и технический углерод осаждается на охлаждаемых лотках — «каналах». Выход составляет всего 2 — 5%. Такой продую обозначакл буквой «К» (раньше «Л»), При использо­вании печного способа технический углерод получают путем пиролиза и частичного сгорания в печах-реакторах смеси алифатических и аро­матических углеводородов (гермогазойли, зеленого нефтяного или ка­менноугольного остаточного масла) с природным газом. Выход продукта составляет 40- 50%; обозначается он буквой «II», Термический способ осуществляется пиролизом углеводородов без допуска воздуха. Продукт обозначают буквой «Т». Ацетиленовый способ осуществляется при взрывном разложении ацетилена. Продукт обозначают буквой «А».

Для устранения пыления н повышения насыпной плотности техни­ческий углерод i ранулируют. Более 9 0 % всего вырабатываемого тех-

нического углерода применяется для усиления резины, для лакокра­сочных материалов используется менее 10 %.