Лако-красочные материалы — производство

3.1. СВОЙСТВА ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В пигментированных лакокрасочных материалах, как и во всех гете­рогенных дисперсных системах, имеет место межмолекулярное взаимо­действие как внутри фаз (образование коагуляционных структур — агрегатов и агломератов пигментных частиц, первичных и вторичных надмолекулярных структур олигомеров и полимеров, мицелл низкомолеку­лярных ПАВ), так и межфазное взаимодействие. Пленкообразователи и вспомогательные вещества, адсорбируясь на поверхности пигментов и наполнителей, образуют граничные межфазные слои, отличающиеся по структуре и свойствам от пленкообразователя, как ненаполненного, так и оставшеюся в дисперсной фазе после адсорбции. Эти межфазные про­слойки влияют на многие свойства лакокрасочных материалов и получае­мых из них покрытий. Большое значение имеет количественное соотноше­ние между твердыми частицами и пленкообразователями, т. е. объемное наполнение органической пленки покрытий пигментами.

Объемное наполнение покрытий пигментами В конечном продукте — лакокрасочном покрытии — в непрерывную фазу пленкообразователей — «матрицу» включены в виде дисперсной фазы отдельные частицы и агре­гаты пигментов и наполнителей. Количество пигментов и наполнителей в составе пленки колеблется в широких пределах — от 8 до 80 % (масс.) в зависимости от назначения материала и свойств пленкообразователей и пигментов Так как плотность разных пигментов сильно различается (например, плотность технического углерода и органических пигментов 1600—2000, диоксида титана 4200, свинцового сурика 9000 кг/м3), о наполнении судят по выраженному в процентах объемному содержанию пигментов (ОСП) ср

Ранее применявшийся термин — объемная концентрация пигментов (ОКП) — неуда­чен, так как количество твердой фазы — эго лишь среднестатистическое содержание ее в общем объеме пленки, а не концентрация

ОСП определяют по следующей формуле:

<f(Vn + Vn)/(V + VB + VJ, (3 1)

где V», V», VM — соответственно объем пигментов, наполнителей и нелетучей части в пленко­образующей системе

При увеличении ОСП выше определенного для каждого пигмента зна­чения вследствие недостатка пленкообразователя происходят изменения структурных элементов в межфазных прослойках, уменьшение их толщины вплоть до нарушения непрерывности среды пленкообразователя. Область перехода структуры наполненного полимерного покрытия называют критическим объемным содержанием пигмента (КОСП) фкр. В области перехода структур резко изменяются реологические свойства лакокрасоч­ных MTtpH it лов (например, их текучесть) блеск, механические и защитные

Теоретически для монодисперсных сферических частиц, независимо от их диаметра, при наиболее плотной гексагональной упаковке сркр должно составлять 0,74 общего объема. С учетом наличия граничных слоев толщи­ной 6 при размере частиц а:

фкр = 0,74(1-б/а)3. (3.2)

Практически полидисперсные частицы упакованы не идеально плотно и Фр составляет обычно 0,45—0,55 общего объема.

Величину б определить сложно, но, зная маслоемкость пигмента М1 косвенно характеризующую упаковку и толщину межфазных слоев 6, и плотность пигмента р, можно приближенно вычислить фкр, пользуясь формулой:

фкр= Ю0/{1 +0,01М’р). (3.3)

Полученные результаты всегда завышены, так как М определяют для недиспергированных пигментов. При изменении природы пленко — образователей и растворителей значение фкр меняется на 5—10 %.

Значение фкр экспериментально определяют по точке падения прочности на диаграмме испытания на разрыв свободных пленок с различным объем­ным наполнением или по изменению твердости пленок на подложке, измеряемой маятниковым прибором. Для красочных паст фкр определяют по точке падения прочности паст при измерении напряжения сдвига на приборе с тангенциально смещаемой пластинкой. Приближенно фкр можно определить по объему пигментного осадка на фильтре калиброванной ячейки после фильтрования разбавленной растворителем краски под вакуумом или после отжатия растворителя на центрифуге.

В реальных пигментированных лакокрасочных материалах содержание’ пигментов и наполнителей составляет некоторую часть от фко (в %):

Эмали 60—65

Водоразбавляемые солавы 50—85

Грунтовки 75—90

Шпатлевки 90—95

При составлении рецептур красок, эмялей и грунтовок выбор ф опре­деляется требованиями к укрывистости. твеодости. толшиие и ГЛЯНПУ

покрытий. Как видно из рис. 3.2, для хорошо диспергированного диоксида титана укрывистость (кроющая способность) до ф = 9,25 % возрастает линейно с ростом ц>. В этой области расстояние между частицами пигмен­та в 2 и более раза превосходит их диаметр, и каждая из частиц самостоя­тельно рассеивает свет. При дальнейшем увеличении наполнения происхо­дит сближение частиц пигмента и вследствие оптического перекрывания рост кроющей способности замедляется. После достижения <р = 23 % кроющая способность начинает заметно снижаться задолго до достижения фкр2з55 %. Следовательно, для укрывистости существует оптимальное значение ф, выше которого нет смысла повышать наполнение и, следова­тельно, в данном случае увеличивать расход ценного белого пигмента. Для сохранения в пленке нормируемого значения ф и, таким образом, глянца, твердости и других свойств покрытий, недостающую часть пигмента заменяют высокодисперсными наполнителями, например, микро — баритом или микротальком. При этом укрывистость не только не ухуд­шается, но может даже несколько улучшиться за счет уменьшения эффекта оптического перекрывания пигментных частиц, благодаря расположенным между ними частицам наполнителей, имеющих показатель преломления, близкий к показателю преломления пленкообразователя. Несколько по­высить ОСП можно увеличением плотности упаковки частиц, которое достигается модификацией их поверхности ПАВ и подбором хорошо смачивающих пигмент пленкообразователей.